Beta-Oksidasi Asam Lemak

Beta-oksidasi adalah jalur katabolik siklik yang mendegradasi asam lemak dua karbon pada satu waktu, melepaskan asetil-KoA bersama dengan pembawa elektron tereduksi (NADH dan FADH2). Ini adalah rute utama di mana jantung, otot rangka, dan hati mengekstrak energi dari lemak, dan menjadi sumber bahan bakar dominan selama puasa, olahraga berkepanjangan, dan pembatasan karbohidrat.

Definition

Beta-oksidasi adalah jalur katabolik mitokondria (dan, untuk substrat rantai sangat panjang, peroksisomal) di mana suatu asam lemak asil-KoA yang teraktivasi mengalami siklus berulang oksidasi, hidrasi, oksidasi kedua, dan pembelahan tiolitik, dengan setiap siklus memendekkan rantai sebanyak dua karbon dan menghasilkan satu asetil-KoA, satu FADH2, dan satu NADH.

Scope

Entri ini mencakup aktivasi dan impor mitokondria asam lemak melalui "carnitine shuttle", empat langkah enzimatik dari setiap siklus beta-oksidasi, hasil energi, dan regulasi timbal balik yang mengoordinasikan oksidasi dengan sintesis. Ini membahas secara singkat oksidasi peroksisomal asam lemak rantai sangat panjang dan berfokus pada jalur mitokondria. Ini adalah referensi biokimia, bukan panduan klinis tentang gangguan oksidasi asam lemak.

Core questions

• Bagaimana asam lemak rantai panjang melintasi membran mitokondria bagian dalam?
• Apa empat langkah kimia dari satu siklus beta-oksidasi dan enzim apa yang mengkatalisisnya?
• Bagaimana laju beta-oksidasi dikendalikan relatif terhadap sintesis asam lemak?
• Bagaimana asam lemak rantai ganjil dan tak jenuh ditangani secara berbeda?

Key concepts

• Aktivasi asam lemak asil-KoA
• "Carnitine shuttle" (CPT1, CPT2, "carnitine-acylcarnitine translocase")
• "Acyl-CoA dehydrogenase", "enoyl-CoA hydratase", "hydroxyacyl-CoA dehydrogenase", tiolase
• Hasil asetil-KoA, NADH, FADH2
• Inhibisi CPT1 oleh malonil-KoA
• Oksidasi peroksisomal asam lemak rantai sangat panjang
• Penanganan asam lemak rantai ganjil dan tak jenuh

Key theories

Carnitine shuttle sebagai langkah masuk yang diatur

Asam lemak asil-KoA rantai panjang tidak dapat melintasi membran mitokondria bagian dalam secara langsung; "carnitine palmitoyltransferase 1" (CPT1) mengubahnya menjadi asilkarnitin untuk transportasi, dan karena CPT1 dihambat oleh malonil-KoA, langkah ini adalah situs utama di mana oksidasi dimatikan ketika sintesis aktif.

Mechanisms

Asam lemak bebas pertama-tama diaktivasi menjadi asam lemak asil-KoA oleh "acyl-CoA synthetase" dengan biaya dua ikatan fosfat berenergi tinggi. Asil-KoA rantai panjang kemudian diimpor ke dalam matriks mitokondria oleh "carnitine shuttle": CPT1 pada membran luar membentuk asilkarnitin, sebuah translokase menukarnya melintasi membran dalam, dan CPT2 meregenerasi asil-KoA di dalamnya. Setiap siklus beta-oksidasi kemudian menjalankan empat reaksi: "acyl-CoA dehydrogenase" yang bergantung FAD memperkenalkan ikatan rangkap trans, "enoyl-CoA hydratase" menambahkan air, "3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase" yang bergantung NAD+ mengoksidasi gugus hidroksil menjadi gugus keto, dan tiolase membelah asetil-KoA, meninggalkan asam lemak asil-KoA yang dipersingkat dua karbon untuk masuk kembali ke siklus. Asetil-KoA memberi makan siklus asam sitrat (atau ketogenesis di hati), sementara NADH dan FADH2 mendorong fosforilasi oksidatif. Fluks diatur oleh kontrol malonil-KoA terhadap CPT1 dan oleh "AMP-activated protein kinase", yang menurunkan malonil-KoA ketika energi seluler rendah sehingga mendorong oksidasi.

Clinical relevance

Beta-oksidasi memasok sebagian besar energi jantung dan hati dan merupakan konteks metabolik untuk gangguan oksidasi asam lemak bawaan (seperti defisiensi MCAD) dan untuk memahami mengapa puasa meningkatkan ketergantungan pada lemak sebagai bahan bakar. Entri ini menyajikan jalur normal dan regulasinya untuk referensi dan pendidikan; ini tidak memberikan kriteria diagnostik atau saran manajemen untuk individu mana pun.

History

Franz Knoop menyimpulkan sifat bertahap dua karbon dari degradasi asam lemak pada tahun 1904 menggunakan asam lemak berlabel fenil, menciptakan gagasan oksidasi pada karbon beta. Detail enzimatik muncul dengan penemuan koenzim A dan siklus asam sitrat pada pertengahan abad kedua puluh, dan logika regulasi yang menghubungkan oksidasi dengan sintesis melalui malonil-KoA dan "carnitine shuttle" dijelaskan oleh McGarry dan Foster pada tahun 1980. Pekerjaan selanjutnya menempatkan "AMP-activated protein kinase" sebagai sensor energi seluler yang mengatur keseimbangan ini.

Key figures

• Franz Knoop
• J. Denis McGarry
• Daniel Foster
• D. Grahame Hardie

Seminal works

• mcgarry-foster-1980

Frequently asked questions

Mengapa jalur ini disebut "beta"-oksidasi?

Oksidasi terjadi pada karbon beta dari rantai asil lemak (karbon ketiga, jika karbon karboksil dihitung sebagai C1), yang diubah menjadi gugus keto sebelum rantai dibelah, sehingga jalur ini dinamai berdasarkan posisi karbon yang teroksidasi.

Mengapa asam lemak harus menggunakan "carnitine shuttle" untuk masuk ke mitokondria?

Membran mitokondria bagian dalam tidak permeabel terhadap asil-KoA rantai panjang, sehingga "carnitine shuttle" mengubahnya menjadi asilkarnitin untuk transportasi; langkah ini juga merupakan titik pemeriksaan regulasi utama, karena CPT1 dihambat oleh malonil-KoA ketika sintesis asam lemak aktif.