Strata tuku

Na tejto stránke pozdravujeme aj ľudí, ktorí sem prišli zo stránok venujúcich sa výžive, zaoberajúcich sa metabolizmom tukov. V odbore biológia sa problematika odbúravania tukov už - aspoň na mojej škole - ťažko zaoberá - možno najviac v pokročilom odbore od učiteľov, ktorí vyučujú aj výživu (pozdravy Beate, Kim a Jenny.). „Presunutie“ tejto stránky na oddelenie výživy sa mi v súčasnosti zdá byť technicky príliš zložité, preto túto stránku v oddelení biológie ponechajme.

Hydrolýza triacylglyceridov

Existuje veľa rôznych druhov lipidov. Najdôležitejšie pre výživu ľudí sú však takzvané triacylglyceridy alebo neutrálne tuky. Jedná sa o „typické“ tuky, ako ich poznáme zo supermarketu: maslo, margarín, masť, rastlinné oleje a tak ďalej. Preto, pokiaľ ide o odbúravanie tukov, sústredíme sa výlučne na odbúravanie triacylglyceridov v našich bunkách.

Podrobnosti o téme „lipidy“ a najmä „neutrálne tuky“ nájdete na príslušných stranách.

Triacylglycerid sa skladá z molekuly glycerínu, ktorá je esterifikovaná tromi molekulami mastných kyselín. V prvom kroku odbúravania tukov sa tieto tri esterové väzby hydrolyzujú, t. J. Štiepia pomocou vody:

Hydrolýza malej molekuly neutrálneho tuku

Neutrálne tuky zvyčajne obsahujú mastné kyseliny so 16 až 20 atómami uhlíka. Aby obrázok 1 zostal jasný, bol vybraný neturálny tuk s obzvlášť mastnými kyselinami s krátkym reťazcom.

Pre odborníkov na chémiu:
Molekuly vody sú rozdelené. Atómy H sa viažu na atómy O glycerínu, takže sa tam môžu vytvárať tri skupiny OH. OH skupiny molekúl vody sa viažu na C = O skupiny mastných kyselín, takže tam môžu vznikať nové COOH skupiny.

Tri lipázy rozdelili molekulu tuku v troch krokoch

Obrázok ukazuje hydrolýzu neutrálneho tuku vo veľmi zjednodušenej forme. V skutočnosti hydrolýza prebieha v troch krokoch [2]. Z triacylglyceridu sa spočiatku odštiepi iba jedna mastná kyselina. Enzým, ktorý je za to zodpovedný, sa nazýva triacylglycerol lipáza. Odštiepením prvej mastnej kyseliny sa vytvorí diacylglycerol ako medziprodukt .

Pre odborníkov na chémiu:
Tento prvý krok je najpomalší z troch krokov hydrolýzy, a preto určuje rýchlosť celkovej hydrolýzy.

V druhom kroku katalyzuje diacylglycerol lipáza a v treťom kroku monoacylglycerol lipáza [2] .

Rozklad glycerínu

Molekula glycerínu sa rozkladá celkom ľahko a rýchlo. Najskôr sa glycerín aktivuje ATP, vytvorí sa glycerín-3-fosfát. Ten sa potom oxiduje na dihydroxyacetónfosfát pomocou NAD +, ktorý sa potom preskupuje na izomér glyceraldehyd-3-fosfát a potom prúdi do glykolýzy [1] [3] .

Pre začiatočníkov chémie:
Izoméry sú zlúčeniny s rovnakým molekulárnym vzorcom, ale s rôznymi štruktúrnymi vzorcami. Dihydroxyacetónfosfát aj glyceraldehyd-3-fosfát majú empirický vzorec C3H5O3-fosfát. Ale skupina C = O je zamenená, takže je prítomný jeden ketón a jeden aldehyd.

Rozklad glycerínu na glyceraldehyd-3-fosfát

Štiepenie mastných kyselín [1] [2]

Poďme teraz k tej zaujímavejšej časti straty tuku. V relatívne zložitom viacstupňovom procese sa mastné kyseliny štiepia na malé jednotky, ktoré v podstate pozostávajú z dvoch atómov uhlíka (s príslušnými atómami H a O). K odbúravaniu mastných kyselín dochádza jednak v cytoplazme, jednak vo vnútri mitochondrií (mitochondriálna matrix).

Mastné kyseliny samy o sebe sú celkom inertné molekuly. Mastné kyseliny môžu so svojimi skupinami COOH vytvárať estery, ale ďalšie reakcie sú veľmi nepravdepodobné. Samozrejme okrem nenasýtených mastných kyselín, kde dvojité väzby C = C sú dosť reaktívne.

Krok 1: Aktivácia mastnej kyseliny

V prvom reakčnom kroku odbúravania mastných kyselín sa karboxylová skupina aktivuje v cytoplazme buniek. To sa deje pomocou koenzýmu A. Koenzým A má skupinu SH (analogicky k skupine OH alkoholov, iba atóm O bol nahradený atómom S). Táto skupina SH teraz esterifikuje so skupinou COOH mastnej kyseliny, vzniká takzvaný tioester .

Prvý krok štiepenia mastných kyselín

Na obrázku 2 vidíme podrobnosti prvého kroku štiepenia mastných kyselín. Univerzálny nosič energie ATP aktivuje karboxylovú skupinu mastnej kyseliny. Hlavné telo ATP nahrádza OH skupinu mastnej kyseliny, zvyšný pyrofosfát (PP) sa potom hydrolyzuje na dve anorganické fosfátové skupiny.

Takto vytvorený acyladenylát môže teraz reagovať s koenzýmom A. Pripojený AMP sa odštiepi a zostane ester mastnej kyseliny a acetyl koenzýmu A. Táto zlúčenina je tiež známa ako acyl-koenzým A alebo skrátene acyl-CoA. Slovo „acyl“ znamená zvyšok mastnej kyseliny.

Pre odborníkov na chémiu:
Rozkladom pyrofosfátu PP sa zníži jeho koncentrácia. To zase posúva chemickú rovnováhu doprava (princíp najmenšej sily), takže sa uprednostňuje odbúravanie mastných kyselín.

Dva reakčné kroky zobrazené na obrázku 2 sú katalyzované enzýmom tiokinázou.

Krok 2: Transport zvyškov mastných kyselín do mitochondrií

Teraz je tu malý problém. Hydrolýza triacylglyceridov (neutrálnych tukov, obrázok 1) prebieha v cytoplazme. Prvý krok odbúravania mastných kyselín, aktivácia mastných kyselín (obrázok 3), tiež prebieha v cytoplazme. Nasledujúce kroky odbúravania mastných kyselín sú lokalizované v plazme mitochondrií.

Čo by povedal nezaujatý biológ: "Žiadny problém, na čo slúžia nosné proteíny? Pasívny (alebo v prípade potreby aj aktívny) transportný transport by mal byť schopný bez problémov transportovať molekuly acyl-CoA do vnútra mitochondrií."

Bohužiaľ to nie je také ľahké; vnútorná membrána mitochondrií je nepriechodná pre acyl-CoA (a iné nukleotidy).

Je však zrejmé, že aktivované mastné kyseliny musia byť nejako transportované do vnútra mitochondrií. Ako sa to však stane? Tu príroda vytvorila pomerne zložitý dopravný systém, na ktorý sa teraz pozrieme:

Výrazne zjednodušené znázornenie transportného systému karnitínu

Obrázok 4 zobrazuje transportný systém karnitínu. Mitochondrie sú obklopené dvoma biomembránami, vonkajšou a vnútornou membránou.

Začnime vysvetlením ilustrácie na vonkajšej strane mitochondrie. Acyl-CoA môže ľahko prechádzať cez vonkajšiu membránu, čo nie je vôbec problém. Problémom je vnútorná membrána mitochondrie. Tu sa zvyšok mastnej kyseliny z acyl-CoA viaže na nosnú molekulu nazývanú karnitín. Vytvorí sa acylkarnitín a koenzým A sa odštiepi a vráti sa späť do bunkovej plazmy. Tam sa môže kombinovať s novou mastnou kyselinou za vzniku acyl-CoA.

Acylkarnitín teraz migruje na plazmatickú stranu vnútornej mitochondriálnej membrány. A tam sa teraz deje presne naopak ako je vyššie popísaný krok. Prichádza molekula CoA a preberá acylový zvyšok z acylkarnitínu. Acyl-CoA sa tvorí v plazme mitochondrií a karnitín sa opäť uvoľňuje. Molekula karnitínu sa dostáva na vonkajšiu stranu vnútornej membrány a môže tam prijímať nový acylový zvyšok.

Krok 3: beta oxidácia

Ďalej sa mastné kyseliny transportované do mitochondriálnej matrix postupne štiepia. Tento proces je známy ako beta oxidácia. Beta oxidácia má prvoradý význam, takže podrobnosti sú uvedené na nasledujúcej stránke.

Schlieper, Základné otázky výživy, Hamburg 2017
Löffler, funkčná biochémia, Berlín 1994
Štátny vzdelávací server Bádensko-Württembersko, „Rozklad glycerínu“

Interné odkazy

06/08/2019: Stránka bola vytvorená
22. júna 2020: Stránka bola výrazne revidovaná