Kwasy tłuszczowekwasy tłuszczoweKwasy tłuszczowe to organiczne związki chemiczne zbudowane z łańcucha węglowodorowego zakończonego grupą karboksylową (–COOH). Łańcuch węglowodorowy kwasów tłuszczowych składa się najczęsciej z parzystej liczby atomów węgla.

Kwasy tłuszczowe dzieli się na nasycone, które nie mają podwójnych wiązań między atomami węgla, oraz nienasycone – z podwójnymi wiązaniami. Do kwasów tłuszczowych nasyconych należą np. kwas masłowy i kwas palmitynowy. Nienasycone kwasy tłuszczowe to np. kwas oleinowy i linolenowy.

Rqb3oCAH8KuE8

Na rysunku model 3D kwasu palmitynowego z pojedynczymi wiązaniami między atomami węgla. Model w kolorze czarnym, jasnoszarym i czerwonym.

Jednym ze źródeł energii w organizmach heterotroficznychheterotrofizmheterotroficznych są acyloglicerole, czyli związki będące estrami glicerolu i kwasów tłuszczowych. Zwykle są to triacyloglicerole (tłuszcze właściwe) zbudowane z trzech reszt kwasu tłuszczowego. Tłuszcze właściwie stanowią nawet 90% tkanki tłuszczowej.

Triacyloglicerole są związkami o dużym stopniu zredukowania, dzięki czemu stanowią bogatsze źródło energii od cukrów. Stosunek atomów wodoru do tlenu jest w nich o wiele wyższy, niż w cukrach. Utlenienie jednego grama tłuszczu daje dwa razy więcej energii, niż utlenienie jednego grama cukru (odpowiednio: 37 kJ/g i 17 kJ/g).

Źródłami kwasów tłuszczowych w organizmie są: rozkład acylogliceroli i estrów cholesterolu oraz synteza tych kwasów w komórce. Te reakcje biochemiczne zachodzą w cytoplazmie. Natomiast powstałe w ten sposób kwasy tłuszczowe ulegają rozkładowi w macierzy mitochondrialnej.

Aby kwasy tłuszczowe mogły być poddane reakcjom katabolicznymkatabolizmkatabolicznym, muszą zostać odpowiednio aktywowane. Aktywacja ta polega na przyłączeniu do kwasu tłuszczowego cząsteczki koenzymu Akoenzym Akoenzymu A (CoA‑SH), co wymaga nakładu energii w postaci ATPATPATP. Koenzym A jest przenośnikiem grup acylowych (taka grupa powstaje po oderwaniu grupy –OH od kwasu tłuszczowego). W reakcji tej tworzy się związek acylokoenzym A, acylo‑CoAacylo‑CoAacylo‑CoA, który ulega dalszym przemianom.

Oznacza to, że aby kwas tłuszczowy mógł podlegać reakcjom katabolicznym, których kolejnym etapem jest βbeta‑oksydacjaβbeta‑oksydacjaβbeta‑oksydacja (beta‑oksydacja), najpierw musi zostać przekształcony do acylo‑CoA.

$\beta$-oksydacja jest ważnym etapem przemian katabolicznych kwasów tłuszczowych. Jak wskazuje nazwa procesu, polega on na utlenieniu węgla βbetanumeracja atomów węglaβbeta (beta) kwasu tłuszczowego do grupy karbonylowej. Pierwszą reakcją $\beta$-oksydacji, jakiej ulega po aktywacji acylo‑CoA, jest utlenienie przy udziale enzymu dehydrogenazydehydrogenazydehydrogenazy acylo‑CoA. W jej wyniku wodór odłącza się od acylo‑CoA, tworząc FADHIndeks dolny 2₂FADHIndeks dolny 2₂FADHIndeks dolny 2₂ (zredukowaną formę dinukleotydu flawinoadeninowego).

Produkt powstały z dehydrogenacji acylo‑CoA ulega następnie hydratacji, co oznacza, że zostaje do niego przyłączona cząsteczka wody. Tworzy się związek o nazwie hydroksyacylo‑CoA, który w kolejnym etapie ulega utlenieniu z udziałem enzymu dehydrogenazy. W wyniku tej reakcji powstają $\beta$-ketoacylo‑CoA oraz cząsteczka NADH+HIndeks górny +⁺NADH + HIndeks górny +⁺NADH+HIndeks górny +⁺ (zredukowana forma dinukleotydu nikotynoamidoadeninowego).

Produkt tej reakcji podlega kolejnej przemianie. Dochodzi do odłączenia od niego acetylo‑CoAacetylo‑CoAacetylo‑CoA i powstania acylo‑CoA krótszego o dwa atomy węgla. Reakcję tę katalizuje enzym tiolaza.

Te cztery reakcje składają się na $\beta$-oksydację i powtarzają się aż do momentu całkowitego rozpadu kwasu tłuszczowego na pewną ilość acetylo‑CoA, zależnie od liczby atomów węgla danego kwasu. W przypadku kwasów tłuszczowych o nieparzystej liczbie atomów węgla acylo‑CoA, złożony z pięciu atomów węgla,  w ostatnim cyklu zostaje rozszczepiony do dwuwęglowego acetylo‑CoA oraz trójwęglowego propinylo‑CoA. Jest on następnie przekształcany do bursztynylo‑CoA i włączany do cyklu Krebsa.

Cząsteczki acetylo‑CoA powstałe w tych reakcjach mogą służyć jako substrat cyklu Krebsa (w którym ulegają utlenianiu do dwutlenku węgla) lub do syntezy cholesterolu. Kwasy tłuszczowe są więc źródłem substratów do kluczowego procesu energetycznego w komórkach, podczas którego dochodzi do powstania wysokoenergetycznych wiązań, czyli do cyklu Krebsa. U roślin natomiast acetylo‑CoA jest włączany do cyklu glioksalowycykl glioksalowycyklu glioksalowy, w którym zostaje przekształcony w  bursztynian.

Ilość energii, jaką można uzyskać z utleniania kwasów tłuszczowych, zależy przede wszystkim od długości łańcucha węglowego danego kwasu. Zysk energetyczny można prześledzić na przykładzie utleniania 16‑węglowego nasyconego kwasu tłuszczowego, jakim jest kwas palmitynowy.

Każdy kwas tłuszczowy musi ulec aktywacji, czyli przyłączeniu koenzymu A, co powoduje utratę dwóch cząsteczek ATP. $\beta$-oksydacja aktywowanego już kwasu tłuszczowego wiąże się z uzyskaniem czterech cząsteczek ATP w wyniku fosforylacji oksydacyjnejfosforylacja oksydacyjnafosforylacji oksydacyjnej na łańcuchu oddechowymłańcuch oddechowyłańcuchu oddechowym (powstaje 1,5 cząsteczki ATP dzięki reakcji z wytworzeniem FADHIndeks dolny 2₂ i 2,5 cząsteczki ATP na skutek reakcji, w której tworzy się NADH+HIndeks górny +⁺). W przypadku kwasu palmitynowego takie reakcje będą mogły zajść siedem razy, co da w sumie 28 cząsteczek ATP.

Reszty acetylowe, które powstaną w wyniku reakcji $\beta$-oksydacji, wejdą do cyklu Krebsa, co wygeneruje 10 cząsteczek ATP z jednej cząsteczki acetylo‑CoA. W przypadku kwasu palmitynowego dojdzie do powstania ośmiu cząsteczek acetylo‑CoA, co da w sumie 80 cząsteczek ATP (8 x 10). Zatem zysk energetyczny z utleniania kwasu palmitynowego pozwoli uzyskać 106 cząsteczek ATP (28 + 80 - 2).

Słownik