เมแทบอลิซึมของกรดไขมัน

เมแทบอลิซึมของกรดไขมันประกอบด้วยการสลายกรดไขมันเพื่อปลดปล่อยพลังงาน และการสังเคราะห์กรดไขมันจากหน่วยแอซิทิล ซึ่งเป็นสองวิถีที่ตรงกันข้ามกัน โดยมีเคมีและตำแหน่งที่แตกต่างกัน

Definition

เมแทบอลิซึมของกรดไขมันคือชุดของวิถีที่สลายกรดไขมันด้วยเบตา-ออกซิเดชันไปเป็นแอซิทิล-โคเอ และที่สังเคราะห์กรดไขมันจากแอซิทิล-โคเอผ่านมาโลนิล-โคเอ (malonyl-CoA) โดยใช้เอนไซม์ ตัวพา และส่วนของเซลล์ที่แตกต่างกัน

Scope

หัวข้อนี้ครอบคลุมการกระตุ้นกรดไขมัน, เบตา-ออกซิเดชันที่ทำให้สายโซ่สั้นลงสองคาร์บอนต่อรอบเพื่อสร้างแอซิทิล-โคเอ (acetyl-CoA) และโคแฟกเตอร์ที่ถูกรีดิวซ์, พลังงานของการออกซิเดชันกรดไขมัน, และการสังเคราะห์กรดไขมันโดยระบบแฟตตีแอซิดซินเทส (fatty acid synthase system) โดยเน้นย้ำว่าเหตุใดการสลายและการสังเคราะห์จึงถูกแยกออกจากกัน

Core questions

• เบตา-ออกซิเดชันสลายสายโซ่กรดไขมันได้อย่างไร
• เหตุใดการออกซิเดชันกรดไขมันจึงให้พลังงานสูงมากเมื่อเทียบกับการออกซิเดชันคาร์โบไฮเดรต
• การสังเคราะห์กรดไขมันแตกต่างจากการออกซิเดชันอย่างไร
• เหตุใดการสังเคราะห์และการออกซิเดชันจึงถูกแยกออกจากกันทั้งในเชิงส่วนประกอบและเชิงเคมี

Key theories

วงจรเบตา-ออกซิเดชัน

กรดไขมันถูกสลายโดยลำดับสี่ขั้นตอนที่ซ้ำกัน ได้แก่ การออกซิเดชัน, การเติมน้ำ, การออกซิเดชัน, การแยกด้วยไทออล (thiolytic cleavage) ซึ่งจะกำจัดคาร์บอนสองอะตอมในรูปของแอซิทิล-โคเอในแต่ละรอบ พร้อมทั้งสร้างตัวพาอิเล็กตรอนที่ถูกรีดิวซ์

Mechanisms

กรดไขมันจะถูกกระตุ้นเป็นแฟตตีเอซิล-โคเอ (fatty acyl-CoA) ก่อนและถูกขนส่งเข้าสู่ไมโทคอนเดรีย แต่ละรอบของเบตา-ออกซิเดชันจะออกซิไดซ์คาร์บอนตำแหน่งเบตา โดยกำจัดแอซิทิล-โคเอออกไปหนึ่งหน่วย และสร้าง FADH2 และ NADH จนกว่าสายโซ่จะถูกใช้หมด แอซิทิล-โคเอจะเข้าสู่วัฏจักรกรดซิตริก การสังเคราะห์เกิดขึ้นในไซโทซอลบนแฟตตีแอซิดซินเทส โดยสร้างสายโซ่จากแอซิทิล-โคเอและมาโลนิล-โคเอ โดยมี NADPH เป็นสารรีดิวซ์ ซึ่งเป็นเคมีแบบรีดักชันที่สะท้อนแต่แตกต่างจากวิถีการสลายแบบออกซิเดชัน

Clinical relevance

เมแทบอลิซึมของกรดไขมันเป็นตัวอย่างสำคัญของตรรกะปฏิกิริยาเมแทบอลิซึมและการให้พลังงานในชีวเคมีและวิศวกรรมเมแทบอลิซึม การนำเสนอเป็นการบรรยายเชิงพรรณนาและไม่เป็นการแนะนำการรักษา

History

การทดลองติดฉลากของ Knoop ในช่วงต้นศตวรรษที่ยี่สิบได้เสนอการออกซิเดชันที่คาร์บอนตำแหน่งเบตา ต่อมา Lynen และคณะได้ระบุโคเอนไซม์เอและเอนไซม์ในวิถีดังกล่าว และระบบแฟตตีแอซิดซินเทสที่แยกต่างหากก็ได้รับการศึกษาในทศวรรษต่อมา

Key figures

• Franz Knoop
• Feodor Lynen
• Salih Wakil

Seminal works

• nelson2021
• lynen1964

Frequently asked questions

เหตุใดไขมันจึงเก็บพลังงานได้มากกว่าคาร์โบไฮเดรตต่อน้ำหนักหนึ่งกรัม

กรดไขมันมีการรีดิวซ์สูงและเกือบจะไม่มีน้ำ ดังนั้นการออกซิเดชันของกรดไขมันจึงปลดปล่อยพลังงานต่อน้ำหนักหนึ่งกรัมได้มากกว่าคาร์โบไฮเดรตซึ่งมีการออกซิไดซ์มากกว่าและมีน้ำเป็นส่วนประกอบ

การสังเคราะห์และการสลายกรดไขมันเป็นเพียงปฏิกิริยาย้อนกลับของกันและกันหรือไม่

ไม่ แม้ว่าจะมีความสัมพันธ์ทางเคมี แต่กระบวนการทั้งสองใช้เอนไซม์ ตัวพา โคแฟกเตอร์ และส่วนของเซลล์ที่แตกต่างกัน ซึ่งช่วยให้เซลล์สามารถควบคุมกระบวนการทั้งสองได้อย่างอิสระ