Rasvhapete lagundamist kasutatakse rakkudes energia tootmiseks ja see toimub protsessi kaudu, mida nimetatakse beetaoksüdatsiooniks. Beetaoksüdeerimisel tekib atsetüül-koensüüm A, mis edasi lagundatakse süsinik dioksiid ja vesi või söödetakse tagasi sidrunhape tsükkel. Rasvhapete lagundamise häired võivad viima raskete haiguste vastu.
Mis on rasvhapete lagundamine?
Rasvhapete lagundamist kasutatakse rakkudes energia tootmiseks ja see toimub protsessi kaudu, mida nimetatakse beetaoksüdatsiooniks. Rasvhapped on jaotatud mitokondrid. Koos glükoos organismi lagunemine, rasvhapete lagunemine on rakus energiatootmiseks oluline ainevahetusprotsess. The rasvhapped on jaotatud mitokondrid. Lagunemine toimub nn beetaoksüdatsiooni teel. Nimi “beeta” sai alguse asjaolust, et oksüdatsioon toimub kolmandal süsinik rasvhappe molekuli aatom (beeta-süsinikuaatom). Iga oksüdatsioonitsükli lõppedes kaks süsinik aatomid jagunevad aktiveeritud kujul äädikhape (atsetüülkoensüüm A). Kuna rasvhappe lagunemine nõuab mitut oksüdatsioonitsüklit, nimetati seda protsessi varem rasvhapete spiraaliks. Atsetüül-koensüüm lagundatakse veelgi mitokondrid ketokehadele või süsinikdioksiid ja vesi. Kui see siseneb mitokondriumist uuesti tsütoplasmasse, söödetakse see tagasi sidrunhape tsükkel. Rasvhapete lagundamisel tekib rohkem energiat kui selle ajal glükoos põletamine.
Funktsioon ja ülesanne
Rasvhapete lagunemine toimub mitmel reaktsioonietapil ja toimub mitokondrites. Esialgu rasvhape molekulid asuvad raku tsütosoolis. Nad on inertsed molekulid mis tuleb degradeerumiseks kõigepealt aktiveerida ja transportida mitokondritesse. Rasvhappe aktiveerimiseks viiakse koensüüm A, moodustades atsüül-CoA. Selles protsessis lõhustatakse ATP kõigepealt pürofosfaadiks ja AMP-ks. Seejärel kasutatakse AMP-d atsüül-AMP (atsüüladenülaadi) moodustamiseks. Pärast AMP lõhustamist saab rasvhapet esterdada koensüümiga A, moodustades atsüül-CoA. Seejärel viiakse karnitiin ensüümi karnitiinatsüültransferaas I abil aktiveeritud rasvhappesse. Selle kompleksi transpordib karnitiin-atsüülkarnitiini transporter (CACT) mitokondrioni (mitokondriaalne maatriks). Seal omakorda karnitiin lõhustatakse ja koensüüm A viiakse uuesti üle. Karnitiin surutakse maatriksist välja ja atsüül-CoA on mitokondrionis valmis tegelikuks beetaoksüdatsiooniks. Tegelik beetaoksüdatsioon toimub neljas reaktsioonietapis. Klassikalised oksüdatsioonietapid toimuvad paarisarvuliste küllastunud rasvhapped. Kui paaritu arv või küllastumata rasvhape happed on lagundatud, tuleb algmolekul esmalt ette valmistada beetaoksüdatsiooniks edasiste reaktsioonide abil. Paarisarvulise küllastunud rasvhappe atsüül-CoA happed oksüdeeritakse esimeses reaktsioonietapis ensüümi atsüül-CoA dehüdrogenaasi abil. Selles protsessis moodustub trans-asendis teise ja kolmanda süsinikuaatomi vahel kaksikside. Lisaks teisendatakse FAD FADH2-ks. Tavaliselt on kaksiksidemed küllastumata rasvhapetes happed on cis-asendis, kuid ainult trans-asendis oleva kaksiksidemega saab toimuda järgmine rasvhapete lagundamise reaktsioonietapp. Teises reaktsioonietapis lisab ensüüm enoüül-CoA hüdraas a vesi molekulist beeta-süsiniku aatomini, moodustades hüdroksüülrühma. Niinimetatud L-3-hüdroksüatsüül-CoA dehüdrogenaas oksüdeerib seejärel beeta-C aatomi ketorühmaks. Tulemuseks on 3-ketoatsüül-CoA. Viimases reaktsioonietapis seondub täiendav koensüüm A beeta-C aatomiga. Selle käigus atsetüül-CoA (aktiveeritud äädikhape) eraldub ja jääb kahe süsiniku aatomi võrra lühem atsüül-CoA. See lühem jääkmolekul läbib järgmise reaktsioonitsükli, kuni toimub täiendav atsetüül-CoA lõhustamine. Protsess jätkub seni, kuni kogu molekul on aktiveeritud äädikhape. Teoreetiliselt oleks võimalik ka vastupidine protsess beetaoksüdatsioonile, kuid seda looduses ei toimu. Rasvhapete sünteesiks on erinev reaktsioonimehhanism. Mitokondrionis laguneb atsetüül-CoA veelgi süsinikdioksiid ja vesi või ketoonkehad koos energia vabanemisega. Paaritu arvuga rasvhapete korral jääb otsa kolme süsinikuaatomiga propionüül-CoA. See molekul laguneb erineval viisil. Küllastumata rasvhapete rasvhapete lagundamise ajal muudavad spetsiifilised isomeraasid kaksiksidemed cis-st trans-konfiguratsiooniks.
Haigused ja häired
Rasvhapete lagundamise häired, kuigi harva, võivad viima tõsiseks tervis probleeme. Peaaegu alati on need geneetilised häired. Peaaegu igal asjakohasel rasvhapete lagundamise ensüümil on vastav geen mutatsioon. Näiteks põhjustab ensüümi MCAD defitsiiti a geen mutatsioon, mis on päritud autosomaalselt retsessiivsel viisil. MCAD vastutab keskmise ahelaga rasvhapete lagundamise eest. Sümptomite hulka kuuluvad hüpoglükeemia (madal veri suhkur), krambid ja sagedased koomas olekud. Kuna rasvhappeid ei saa kasutada energia tootmiseks, glükoos põletatakse suuremal määral. Seetõttu hüpoglükeemia ja oht kooma tekkida. Kuna keha peab energia tootmiseks alati olema varustatud glükoosiga, ei tohi toidust pikaajaliselt hoiduda. Vajaduselannus glükoosi infusiooni tuleb rakendada ägeda kriisi korral. Lisaks iseloomustavad kõiki müopaatiaid mitokondriaalse rasvhappe ammendumise häired. Selle tulemuseks on lihasnõrkus, häired maks ainevahetus ja hüpoglükeemilised seisundid. Kuni 70 protsenti kannatajatest jääb elu jooksul pimedaks. Tõsised haigused tekivad ka siis, kui ületatud rasvhapete lagunemine on häiritud. Need väga pika ahelaga rasvhapped ei lagune mitokondrites, vaid peroksisoomides. Siin vastutab peroksisoomidesse sisestamise eest ensüüm ALDP. Kui aga ALDP on defektne, siis pikk rasvhape molekulid akumuleeruda tsütoplasmas, mis põhjustab tõsiseid ainevahetushäireid. See ründab ka närvirakke ja valget ainet aju. See rasvhapete lagunemishäire vorm viib neuroloogiliste sümptomiteni nagu tasakaal häired, tuimus, krambid ja neerupealiste hüpofunktsioon.