Zsírégetés
Ezen az oldalon köszöntjük azokat az embereket is, akik a táplálkozási oktatóhelyekről érkeztek ide a zsíranyagcsere témakörében. A biológia tantárgyban a zsírvesztés témakörével már alig foglalkoznak - legalábbis az én iskolámban -, legfeljebb a táplálkozást is tanító tanárok emelt szintű tanfolyamán (üdvözlet Beatének, Kimnek és Jennynek.). Az oldal "áthelyezése" a Táplálkozási Osztályra számomra technikailag túl bonyolultnak tűnik, ezért hagyjuk ezt az oldalt a Biológiai Osztályon.
Triacil-gliceridek hidrolízise
Sokféle lipid létezik. Az emberi táplálkozás szempontjából azonban a legfontosabbak az úgynevezett triacil-gliceridek vagy semleges zsírok. Ezek a "tipikus" zsírok, amint a szupermarketből ismerjük őket: vaj, margarin, sertészsír, növényi olajok és így tovább. Ezért amikor a zsírvesztésről van szó, teljes mértékben a sejtjeinkben található triacil-gliceridek lebontására koncentrálunk.
A "lipidek" és különösen a "semleges zsírok" témájával kapcsolatos részletekért lásd a megfelelő oldalakat.
A triacil-glicerid egy glicerin molekulából áll, amelyet három zsírsavmolekulával észterezünk. A zsírbontás első lépésében ezt a három észterkötést hidrolizálják, azaz víz segítségével lebontják:
A semleges zsír kis molekulájának hidrolízise
Normál esetben a semleges zsírok 16-20 szénatomos zsírsavakat tartalmaznak. Ahhoz, hogy az 1. ábra tiszta maradjon, nettó zsírt választottak, különösen rövid láncú zsírsavakkal.
Kémiai szakemberek számára:
A vízmolekulák hasadnak. A H atomok a glicerin O atomjaihoz kapcsolódnak, így három OH csoport képződhet ott. A vízmolekulák OH csoportjai a zsírsavak C = O csoportjaihoz kapcsolódnak, így ott új COOH csoportok keletkezhetnek.
Három lipáz három lépésben osztja fel a zsírmolekulát
Az ábra egy semleges zsír hidrolízisét mutatja, nagyon leegyszerűsítve. A valóságban a hidrolízis három lépésben megy végbe [2]. Kezdetben csak egy zsírsavat osztanak le a triacil-gliceridről. Az ezért felelős enzimet triacil-glicerin-lipáznak nevezik. Az első zsírsav leválasztásával köztitermékként diacilglicerin keletkezik .
Kémiai szakemberek számára:
Ez az első lépés a leghosszabb a három hidrolízis lépés közül, ezért meghatározza a teljes hidrolízis sebességét.
A diacilglicerin-lipáz a második, a monoacil-glicerin-lipáz pedig a harmadik lépést katalizálja [2] .
A glicerin bomlása
A glicerin molekula elég könnyen és gyorsan lebomlik. Először a glicerint aktiválja ATP, glicerin-3-foszfát képződik. Ezt azután a NAD + segítségével dihidroxi-aceton-foszfátokká oxidálják, amely aztán átrendeződik a glicerinaldehid-3-foszfát izomerré, majd a glikolízisbe áramlik [1] [3] .
Kémia kezdőknek:
Az izomerek azonos molekulaképletű, de eltérő szerkezeti képletű vegyületek. A dihidroxi-aceton-foszfát és a glicerinaldehid-3-foszfát empirikus képlete C3H5O3-foszfát. De a C = O csoportot felcseréljük, így egy keton és egy aldehid van.
A glicerin bomlása glicerinaldehid-3-foszfáttá
Zsírsavak bontása [1] [2]
Most térjünk rá a zsírvesztés érdekesebb részére. Egy viszonylag összetett, többlépcsős folyamatban a zsírsavakat kis egységekre bontják, amelyek lényegében két szénatomból állnak (a hozzájuk tartozó H és O atomokkal). A zsírsavak lebontása mind a citoplazmában, mind a mitokondriumok belsejében (mitokondriális mátrix) zajlik.
A zsírsavak önmagukban meglehetősen inert molekulák. A zsírsavak észtereket képezhetnek COOH csoportjaikkal, de más reakciók nagyon valószínűtlenek. Természetesen a telítetlen zsírsavak kivételével, ahol a C = C kettős kötések meglehetősen reaktívak.
1. lépés: a zsírsav aktiválása
A zsírsavbontás első reakció lépésében a karboxilcsoport aktiválódik a sejtek citoplazmájában. Ezt az A koenzim végzi. Az A koenzimnek van egy SH csoportja (analóg az alkoholok OH csoportjával, csak az O atomot helyettesítette egy S atom). Ez az SH-csoport észtereződik a zsírsav COOH-csoportjával, és úgynevezett tioészter képződik .
A zsírsavbontás első lépése
A 2. ábrán a zsírsavbontás első lépésének részleteit láthatjuk. Az univerzális energiahordozó ATP aktiválja a zsírsav karboxilcsoportját. Az ATP fő teste a zsírsav OH csoportját helyettesíti, a maradék pirofoszfátot (PP) ezután két szervetlen foszfátcsoporttá hidrolizálják.
Az így képződött aciladenilát most reagálhat az A koenzimmel. A csatolt AMP-t szétválasztjuk, így a zsírsav és az acetil-koenzim észtere marad. Ez a vegyület röviden acil-koenzim A vagy acil-CoA néven is ismert. Az "acil" jelentése a zsírsavmaradék.
Kémiai szakemberek számára:
A pirofoszfát PP lebontásával koncentrációja csökken. Ez viszont jobbra tolja a kémiai egyensúlyt (a legkevesebb erő elve), így a zsírsavak lebontása előnyben részesül.
A 2. ábrán bemutatott két reakciólépést a tiokináz enzim katalizálja.
2. lépés: A zsírsavmaradékok szállítása a mitokondriumba
Most van egy kis probléma. A triacil-gliceridek (semleges zsírok, 1. ábra) hidrolízise a citoplazmában megy végbe. Az imént leírt zsírsavbontás első lépése, a zsírsavak aktiválása (3. ábra) szintén a citoplazmában megy végbe. A zsírsavbontás következő lépései a mitokondrium plazmájában lokalizálódnak.
Mit mondana egy elfogulatlan biológus: "Nem probléma, mire szolgálnak a hordozófehérjék? A passzív (vagy ha szükséges, aktív) hordozószállításnak képesnek kell lennie arra, hogy az acil-CoA molekulákat gond nélkül szállítsa a mitokondrium belsejébe."
Sajnos ez nem olyan egyszerű; a mitokondrium belső membránja nem járható az acil-CoA (és más nukleotidok) számára.
Ennek ellenére az aktivált zsírsavakat valamilyen módon be kell szállítani a mitokondrium belsejébe, ez egyértelmű. De hogyan történik ez? Itt a természet meglehetősen összetett közlekedési rendszert hozott létre, amelyet most megnézünk:
A karnitin transzport rendszer jelentősen leegyszerűsített ábrázolása
A 4. ábra a karnitin transzport rendszerét mutatja. A mitokondriumokat két biomembrán veszi körül, egy külső és egy belső membrán.
Kezdjük azzal, hogy elmagyarázzuk a mitokondrium külső oldalán található ábrát. Az acil-CoA könnyen átjuthat a külső membránon, ami egyáltalán nem jelent problémát. A probléma a mitokondrium belső membránja. Itt az acil-CoA zsírsavmaradékai a karnitin nevű hordozómolekulához kötődnek. Acil-karnitin képződik, az A koenzim elszakad és visszakerül a sejtplazmába. Kombinálódhat egy új zsírsavval és acil-CoA-t képez.
Az acil-karnitin most a belső mitokondriális membrán plazma oldalára vándorol. És ott éppen az imént leírt lépés ellentéte történik. Megérkezik egy CoA-molekula, amely átveszi az acil-maradékot az acil-karnitinből. Az acil-CoA képződik a mitokondrium plazmájában, és a karnitin ismét felszabadul. A karnitin molekula eléri a belső membrán külső oldalát, és ott új acil maradékot vehet fel.
3. lépés: béta-oxidáció
A következőkben a mitokondriális mátrixba szállított zsírsavak fokozatosan lebomlanak. Ez a folyamat béta-oxidáció néven ismert. A béta-oxidáció kiemelkedő fontosságú, ezért a részleteket a következő oldalon tárgyaljuk.
- Schlieper, Alapvető kérdések a táplálkozásban, Hamburg 2017
- Löffler, Funkcionális Biokémia, Berlin 1994
- Állami oktatási szerver Baden-Württemberg, "Glicerin lebontása"
Belső linkek
2019.06.06 .: Az oldal létrehozva
2020. június 22 .: Az oldal alaposan átdolgozott