QUÁ TRÌNH OXY HÓA BETA CỦA AXIT BÉO: CÁC BƯỚC, PHẢN ỨNG, SẢN PHẨM, QUY ĐỊNH - SINH HỌC - 2026

Quá trình oxy hóa beta của axit béo là con đường dị hóa (thoái hóa) axit béo, có chức năng chính là sản xuất hoặc “giải phóng” năng lượng chứa trong các liên kết của các phân tử này.

Lộ trình này được phát hiện vào năm 1904 nhờ vào các thí nghiệm do Franz Knoop người Đức thực hiện trên chuột thí nghiệm về các axit béo mà nhóm metyl cuối cùng đã được biến đổi bằng nhóm phenyl.

Sơ đồ về quá trình oxy hóa beta của axit béo (Nguồn: Arturo González Laguna qua Wikimedia Commons)

Knoop kỳ vọng rằng các sản phẩm dị hóa của các axit béo "tương tự" này sẽ theo các con đường tương tự như con đường oxy hóa của các axit béo bình thường (không biến đổi tự nhiên). Tuy nhiên, ông nhận thấy rằng có sự khác biệt trong các sản phẩm thu được dưới dạng hàm số nguyên tử cacbon của các axit béo.

Với những kết quả này, Knoop đề xuất rằng sự suy thoái xảy ra theo "bước", bắt đầu bằng "cuộc tấn công" vào cacbon β (một ở vị trí 3 đối với nhóm cacboxyl cuối), giải phóng các mảnh của hai nguyên tử cacbon.

Sau đó, người ta chỉ ra rằng quá trình này đòi hỏi năng lượng dưới dạng ATP, được tạo ra trong ti thể và các đoạn của hai nguyên tử cacbon tham gia vào chu trình Krebs dưới dạng acetyl-CoA.

Nói tóm lại, quá trình oxy hóa beta của các axit béo liên quan đến việc hoạt hóa nhóm cacboxyl tận cùng, vận chuyển axit béo đã hoạt hóa vào chất nền ty thể, và quá trình oxy hóa "bậc" cacbon từ nhóm cacboxyl.

Giống như nhiều quá trình đồng hóa và dị hóa, tuyến đường này được điều chỉnh, vì nó có tác dụng huy động các axit béo “dự trữ” khi các tuyến đường dị hóa khác không đủ để đáp ứng nhu cầu năng lượng của tế bào và cơ thể.

Các bước và phản ứng

Axit béo chủ yếu nằm trong dịch bào, cho dù chúng đến từ con đường sinh tổng hợp hay từ chất béo tích trữ từ thức ăn ăn vào (phải đi vào tế bào).

- Kích hoạt các axit béo và vận chuyển đến ti thể

Quá trình hoạt hóa các axit béo đòi hỏi sử dụng một phân tử ATP và liên quan đến việc hình thành các liên hợp acyl thioester với coenzyme A.

Sự hoạt hóa này được xúc tác bởi một nhóm các enzym gọi là ligases acetyl-CoA đặc trưng cho chiều dài chuỗi của mỗi axit béo. Một số enzyme này kích hoạt các axit béo khi chúng được vận chuyển vào chất nền ty thể, khi chúng được nhúng vào màng ngoài ty thể.

Kích hoạt các axit béo (Nguồn: Jag123 tại Wikipedia tiếng Anh qua Wikimedia Commons)

Quá trình hoạt hóa xảy ra theo hai bước, đầu tiên tạo ra một acyl adenylate từ axit béo được hoạt hóa với ATP, nơi một phân tử pyrophosphat (PPi) được giải phóng. Nhóm cacboxyl được hoạt hóa bởi ATP sau đó bị tấn công bởi nhóm thiol của coenzyme A để tạo thành acyl-CoA.

Sự chuyển vị của acyl-CoA qua màng ty thể được thực hiện bởi một hệ thống vận chuyển được gọi là con thoi carnitine.

- Quá trình oxy hóa beta của các axit béo no có số nguyên tử cacbon chẵn

Sự phân hủy của các axit béo là một con đường tuần hoàn, vì sự giải phóng từng đoạn của hai nguyên tử cacbon ngay sau đó là một đoạn khác, cho đến khi đạt đến chiều dài đầy đủ của phân tử. Các phản ứng tham gia vào quá trình này như sau:

- Khử hydro.

- Hiđrat hóa một liên kết đôi.

- Dehydro hóa một nhóm hydroxyl.

- Sự phân mảnh do sự tấn công của phân tử acetyl-CoA trên cacbon β.

Phản ứng 1: khử hydro đầu tiên

Nó bao gồm sự hình thành liên kết đôi giữa α-carbon và β-carbon bằng cách loại bỏ hai nguyên tử hydro. Nó được xúc tác bởi một enzym acyl-CoA dehydrogenase, tạo thành một phân tử trans∆2-enoyl-S-CoA và một phân tử FAD + (cofactor).

Phản ứng 2 và 3: hydrat hóa và dehydro hóa

Quá trình hydrat hóa được xúc tác bởi enoyl-CoA hydratase, trong khi quá trình khử hydro được thực hiện bởi 3-hydroxyacyl-CoA dehydrogenase, và phản ứng sau này phụ thuộc vào đồng yếu tố NAD +.

Quá trình hydrat hóa trans∆2-enoyl-S-CoA tạo ra 3-hydroxyacyl-CoA, mà quá trình khử hydro tạo ra phân tử 3-ketoacyl-CoA và NADH + H.

FADH2 và NADH được tạo ra trong ba phản ứng đầu tiên của quá trình oxy hóa beta được tái oxy hóa thông qua chuỗi vận chuyển điện tử, nhờ đó chúng tham gia sản xuất ATP, 2 phân tử cho mỗi FADH2 và 3 phân tử cho mỗi NADH.

Phản ứng 4: phân mảnh

Mỗi chu kỳ của quá trình oxy hóa beta loại bỏ một phân tử có hai nguyên tử cacbon sẽ kết thúc bằng sự phân cắt “thiolytic” của cacbon xeton, bị tấn công bởi coenzyme A ở liên kết giữa cacbon α và β.

Phản ứng này được xúc tác bởi enzyme β-ketothiolase hoặc thiolase, và sản phẩm của nó là một phân tử acyl-CoA (axit béo hoạt hóa có ít nguyên tử cacbon hơn) và một của acetyl-CoA.

- Quá trình oxy hóa beta của các axit béo no có số nguyên tử cacbon lẻ

Trong các axit béo có số nguyên tử cacbon lẻ (không nhiều lắm), phân tử của chu trình phân hủy cuối cùng có 5 nguyên tử cacbon, do đó sự phân mảnh của nó tạo ra phân tử axetyl-CoA (đi vào chu trình Krebs) và một chất khác của propionyl-CoA.

Propionyl-CoA phải được carboxyl hóa (phản ứng phụ thuộc vào ATP và bicarbonate) bởi enzyme propionyl-CoA carboxylase, do đó tạo thành hợp chất được gọi là D-methylmalonyl-CoA, hợp chất này phải được epime hóa thành dạng "L" của nó.

Quá trình oxy hóa beta của các axit béo số lẻ (Nguồn: Eleska qua Wikimedia Commons)

Hợp chất tạo ra từ quá trình epime hóa sau đó được chuyển thành succinyl-CoA nhờ tác động của enzyme L-methylmalonyl-CoA mutase, và phân tử này, cũng như acetyl-CoA, đi vào chu trình axit xitric.

- Quá trình oxy hóa beta của các axit béo không no

Nhiều lipid tế bào có chuỗi axit béo không bão hòa, tức là chúng có một hoặc nhiều liên kết đôi giữa các nguyên tử cacbon của chúng.

Quá trình oxy hóa của các axit béo này hơi khác so với quá trình oxy hóa của các axit béo bão hòa, vì hai enzym bổ sung, enoyl-CoA isomerase và 2,4-dienoyl-CoA reductase, chịu trách nhiệm loại bỏ các chất không bão hòa này để các axit béo này có thể là cơ chất cho enzym enoyl-CoA hydratase.

Quá trình oxy hóa beta của các axit béo không bão hòa (Nguồn: Hajime7basketball qua Wikimedia Commons)

Enoyl-CoA isomerase hoạt động trên các axit béo không bão hòa đơn (chỉ có một không bão hòa), trong khi đó enzyme 2,4-dienoyl-CoA reductase phản ứng với các axit béo không bão hòa đa (với hai hoặc nhiều hơn).

- Quá trình oxy hóa ngoài hành tinh beta

Quá trình oxy hóa beta của các axit béo cũng có thể xảy ra bên trong các bào quan tế bào khác như peroxisome chẳng hạn, với sự khác biệt là các điện tử được chuyển đến FAD + không được chuyển đến chuỗi hô hấp mà chuyển trực tiếp đến oxy.

Phản ứng này tạo ra hydrogen peroxide (oxy bị khử), một hợp chất bị loại bỏ bởi enzyme catalase, đặc trưng cho các bào quan này.

Sản phẩm của quá trình oxy hóa beta

Quá trình oxy hóa axit béo tạo ra nhiều năng lượng hơn so với sự phân hủy carbohydrate. Sản phẩm chính của quá trình oxy hóa beta là acetyl-CoA được tạo ra trong mỗi bước của phần chu kỳ của con đường, tuy nhiên, các sản phẩm khác là:

- AMP, H + và pyrophosphat (PPi), được tạo ra trong quá trình hoạt hóa.

- FADH2 và NADH, cho mỗi acetyl-CoA được tạo ra.

- Succinyl-CoA, ADP, Pi, cho các axit béo chuỗi lẻ.

Quá trình oxy hóa beta của axit palmitic (Nguồn: ´Rojinbkht qua Wikimedia Commons)

Nếu chúng ta coi như một ví dụ về quá trình oxy hóa beta hoàn toàn của axit palmitic (palmitate), một axit béo có 16 nguyên tử cacbon, thì lượng năng lượng được tạo ra tương đương với ít nhiều 129 phân tử ATP, sinh ra từ 7 lần quay mà nó phải hoàn thành. chu kỳ.

Quy định

Việc điều chỉnh quá trình oxy hóa beta của các axit béo trong hầu hết các tế bào phụ thuộc vào năng lượng sẵn có, không chỉ liên quan đến carbohydrate mà còn liên quan đến chính các axit béo.

Động vật kiểm soát sự huy động và do đó, sự phân hủy chất béo thông qua các kích thích nội tiết tố, đồng thời được kiểm soát bởi các phân tử như cAMP chẳng hạn.

Trong gan, cơ quan phân hủy chất béo chính, nồng độ malonyl-CoA cực kỳ quan trọng đối với việc điều hòa quá trình oxy hóa beta; đây là cơ chất đầu tiên tham gia vào quá trình sinh tổng hợp axit béo.

Khi malonyl-CoA tích tụ với tỷ lệ lớn, nó thúc đẩy quá trình sinh tổng hợp axit béo và ức chế chất vận chuyển ty thể hoặc con thoi acyl-carnitine. Khi nồng độ của nó giảm, sự ức chế chấm dứt và quá trình oxy hóa beta được kích hoạt.

Người giới thiệu

1. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Hóa sinh (xuất bản lần thứ 3). San Francisco, California: Pearson.
2. Nelson, DL & Cox, MM (2009). Các nguyên tắc của Lehninger về Hóa sinh. Omega Editions (ấn bản thứ 5).
3. Rawn, JD (1998). Hóa sinh. Burlington, Massachusetts: Nhà xuất bản Neil Patterson.
4. Schulz, H. (1991). Quá trình oxy hóa beta của các axit béo. Biochimica và Biophysica Acta, 1081, 109–120.
5. Schulz, H. (1994). Quy định quá trình oxy hóa axit béo trong tim. Phê bình Phê bình, 165–171.
6. Schulz, H., & Kunau, W. (1987). Quá trình oxy hóa beta của các axit béo không bão hòa: một con đường sửa đổi. TIBS, 403-406.