Sự phân hủy axit béo được sử dụng để sản xuất năng lượng trong tế bào và xảy ra thông qua một quá trình gọi là quá trình oxy hóa beta. Quá trình oxy hóa beta tạo ra acetyl-coenzyme A, chất này tiếp tục bị phân hủy thành carbon điôxít và nước hoặc đưa trở lại axit citric đi xe đạp. Rối loạn phân hủy axit béo có thể dẫn đến các bệnh hiểm nghèo.
Sự phân hủy axit béo là gì?
Sự phân hủy axit béo được sử dụng để sản xuất năng lượng trong tế bào và xảy ra thông qua một quá trình gọi là quá trình oxy hóa beta. Axit béo được chia nhỏ trong mitochondria. Cùng với glucose phân hủy trong cơ thể sinh vật, phân hủy axit béo là một quá trình trao đổi chất quan trọng để sản xuất năng lượng trong tế bào. Các axit béo được chia nhỏ trong mitochondria. Sự phân hủy diễn ra thông qua cái gọi là quá trình oxy hóa beta. Tên "beta" bắt nguồn từ thực tế là quá trình oxy hóa diễn ra ở phần ba carbon nguyên tử (nguyên tử cacbon beta) của phân tử axit béo. Khi hoàn thành mỗi chu trình oxy hóa, hai carbon các nguyên tử bị tách ra ở dạng hoạt hóa A-xít a-xê-tíc (axetyl coenzym A). Vì sự phân hủy của một axit béo đòi hỏi một số chu kỳ oxy hóa, quá trình này thường được gọi là vòng xoắn axit béo. Acetyl-coenzyme tiếp tục bị phân hủy trong mitochondria đến các thể xeton hoặc cạc-bon đi-ô-xít và nước. Nếu nó tái xâm nhập vào tế bào chất từ ty thể, nó sẽ được đưa trở lại axit citric đi xe đạp. Nhiều năng lượng được tạo ra trong quá trình phân hủy axit béo hơn trong quá trình glucose đốt cháy.
Chức năng và nhiệm vụ
Sự phân hủy axit béo xảy ra qua một số bước phản ứng và diễn ra trong ti thể. Ban đầu, axit béo phân tử nằm trong bào tương của tế bào. Chúng trơ phân tử mà trước tiên phải được kích hoạt và vận chuyển vào ti thể để quá trình thoái hóa xảy ra. Để kích hoạt axit béo, coenzyme A được chuyển để tạo thành acyl-CoA. Trong quá trình này, ATP đầu tiên được phân cắt thành pyrophosphat và AMP. Sau đó AMP được sử dụng để tạo thành acyl-AMP (acyl adenylate). Sau khi AMP đã bị phân cắt, axit béo có thể được este hóa với coenzyme A để tạo thành acyl-CoA. Sau đó, với sự trợ giúp của enzyme carnitine acyltransferase I, carnitine được chuyển thành axit béo đã hoạt hóa. Phức hợp này được vận chuyển bởi chất vận chuyển carnitine-acylcarnitine (CACT) vào một ty thể (chất nền ty thể). Đến lượt nó, carnitine bị phân cắt và coenzyme A lại được chuyển. Carnitine bị loại ra khỏi chất nền và acyl-CoA sẵn sàng trong ty thể cho quá trình oxy hóa beta thực sự. Quá trình oxy hóa beta thực tế diễn ra trong bốn bước phản ứng. Các bước oxy hóa cổ điển xảy ra với số chẵn bão hòa axit béo. Khi đánh số lẻ hoặc chất béo không bão hòa axit bị phá vỡ, phân tử ban đầu trước tiên phải được chuẩn bị cho quá trình oxy hóa beta bằng các phản ứng tiếp theo. Acyl-CoA của chất béo bão hòa được đánh số chẵn axit được oxy hóa trong bước phản ứng đầu tiên với sự hỗ trợ của enzym acyl-CoA dehydrogenase. Trong quá trình này, một liên kết đôi được hình thành giữa nguyên tử cacbon thứ hai và thứ ba ở vị trí trans. Ngoài ra, FAD được chuyển thành FADH2. Thông thường, các liên kết đôi trong chất béo không bão hòa axit ở vị trí cis, nhưng chỉ với một liên kết đôi ở vị trí trans mới có thể diễn ra bước phản ứng tiếp theo của sự phân huỷ axit béo. Trong bước phản ứng thứ hai, enzyme enoyl-CoA hydratase bổ sung một nước phân tử với nguyên tử beta-carbon để tạo thành nhóm hydroxyl. Cái gọi là dehydrogenase L-3-hydroxyacyl-CoA sau đó sẽ oxy hóa nguyên tử beta-C thành một nhóm keto. Kết quả là 3-ketoacyl-CoA. Trong bước phản ứng cuối cùng, coenzyme A bổ sung liên kết với nguyên tử beta-C. Trong quá trình này, acetyl-CoA (được kích hoạt A-xít a-xê-tíc) tách ra và một acyl-CoA ngắn hơn bởi hai nguyên tử cacbon vẫn còn. Phân tử dư ngắn hơn này trải qua chu kỳ phản ứng tiếp theo cho đến khi xảy ra tiếp tục phân cắt acetyl-CoA. Quá trình tiếp tục cho đến khi toàn bộ phân tử được chia nhỏ thành A-xít a-xê-tíc. Về mặt lý thuyết, quá trình ngược lại thành quá trình oxy hóa beta cũng có thể xảy ra, nhưng không xảy ra trong tự nhiên. Để tổng hợp axit béo, có một cơ chế phản ứng khác nhau. Trong ty thể, acetyl-CoA tiếp tục bị phân hủy thành cạc-bon đi-ô-xít và nước hoặc đến các thể xeton với sự giải phóng năng lượng. Trong trường hợp các axit béo có số lẻ, propionyl-CoA với ba nguyên tử cacbon vẫn ở cuối. Phân tử này bị phân hủy thông qua một con đường khác. Trong quá trình phân hủy axit béo thành các axit béo không bão hòa, các isomerase cụ thể sẽ chuyển các liên kết đôi từ cis thành cấu hình trans.
Bệnh tật và rối loạn
Rối loạn phân hủy axit béo, mặc dù hiếm, có thể dẫn nghiêm trọng sức khỏe các vấn đề. Hầu như luôn luôn, đây là những rối loạn di truyền. Hầu hết mọi enzym phân giải axit béo có liên quan đều có gen đột biến. Ví dụ, sự thiếu hụt enzym MCAD là do gen đột biến di truyền theo kiểu lặn trên NST thường. MCAD chịu trách nhiệm cho sự phân hủy của các axit béo chuỗi trung bình. Các triệu chứng bao gồm hạ đường huyết (Thấp máu đường), co giật, và trạng thái hôn mê thường xuyên. Vì các axit béo không thể được sử dụng để sản xuất năng lượng, glucose bị đốt cháy ở mức độ lớn hơn. Vì thế, hạ đường huyết và nguy cơ hôn mê xảy ra. Vì cơ thể luôn phải được cung cấp glucose để sản xuất năng lượng nên không được kiêng ăn lâu dài. Nếu cần thiết, mộtliều truyền glucose phải được áp dụng trong cơn nguy kịch cấp tính. Hơn nữa, tất cả các bệnh lý cơ đều được đặc trưng bởi các rối loạn suy giảm axit béo ty thể. Điều này dẫn đến yếu cơ, rối loạn gan chuyển hóa và các trạng thái hạ đường huyết. Có đến 70 phần trăm người mắc bệnh bị mù trong suốt cuộc đời của họ. Các bệnh nghiêm trọng cũng xảy ra khi sự phân hủy các axit béo kéo dài bị rối loạn. Các axit béo chuỗi rất dài này không bị phân hủy trong ty thể mà nằm trong các peroxisome. Tại đây, enzym ALDP chịu trách nhiệm đưa vào các peroxisome. Tuy nhiên, nếu ALDP bị lỗi, axit béo dài phân tử tích tụ trong tế bào chất, dẫn đến rối loạn chuyển hóa nghiêm trọng. Điều này cũng tấn công các tế bào thần kinh và chất trắng của não. Dạng rối loạn thoái hóa axit béo này dẫn đến các triệu chứng thần kinh như cân bằng rối loạn, tê, co giật và suy giảm chức năng tuyến thượng thận.
