4 Fragen zu β-oxidation

Bei der β-Oxidation von ungeradzahligen Fettsäuren entsteht sowohl Acetyl-CoA als auch Propionyl-CoA. Von den genannten Fettsäuren ist Pentadecansäure (eine ungeradzahlige Fettsäure mit 15 Kohlenstoffatomen) diejenige, bei der dies der Fall ist.

Die β-Oxidation ist ein biochemischer Prozess, bei dem Fettsäuren in den Mitochondrien (oder in den Peroxisomen bei Pflanzen und einigen anderen Organismen) abgebaut werden, um Acetyl-CoA zu produzieren, das dann in den Citratzyklus eingespeist wird. Die Hauptreaktionen der β-Oxidation sind: 1. **Dehydrierung**: Eine Acyl-CoA-Dehydrogenase katalysiert die Bildung einer trans-Doppelbindung zwischen dem α- und β-Kohlenstoffatom der Fettsäure, wobei FAD zu FADH₂ reduziert wird. 2. **Hydratisierung**: Eine Enoyl-CoA-Hydratase fügt Wasser an die trans-Doppelbindung an, wodurch L-3-Hydroxyacyl-CoA entsteht. 3. **Dehydrierung**: Eine L-3-Hydroxyacyl-CoA-Dehydrogenase oxidiert die Hydroxylgruppe am β-Kohlenstoff zu einer Ketogruppe, wobei NAD⁺ zu NADH + H⁺ reduziert wird. 4. **Thiolytische Spaltung**: Eine β-Ketothiolase spaltet das β-Ketoacyl-CoA durch Addition von Coenzym A, wodurch ein Acetyl-CoA und ein um zwei Kohlenstoffatome verkürztes Acyl-CoA entstehen. Diese vier Schritte wiederholen sich, bis die gesamte Fettsäure in Acetyl-CoA-Einheiten zerlegt ist.

Die β-Oxidation ungesättigter Fettsäuren verläuft ähnlich wie die von gesättigten Fettsäuren, jedoch mit einigen zusätzlichen Schritten, um die Doppelbindungen zu verarbeiten. Hier ist eine Übersicht über den Ablauf: 1. **Aktivierung der Fettsäure**: Die ungesättigte Fettsäure wird zunächst im Cytosol durch die Bindung an Coenzym A aktiviert, um Acyl-CoA zu bilden. 2. **Transport in die Mitochondrien**: Das Acyl-CoA wird durch das Carnitin-Shuttle-System in die Mitochondrien transportiert. 3. **Initiale β-Oxidation**: Die β-Oxidation beginnt wie bei gesättigten Fettsäuren, indem das Acyl-CoA durch eine Serie von vier Reaktionen (Dehydrierung, Hydratisierung, erneute Dehydrierung und Thiolyse) abgebaut wird, um Acetyl-CoA und ein verkürztes Acyl-CoA zu produzieren. 4. **Verarbeitung der Doppelbindungen**: - **Cis-Δ³-Enoyl-CoA-Isomerase**: Wenn eine cis-Doppelbindung an einer ungeraden Position (z.B. Δ³) auftritt, wird diese durch die Enoyl-CoA-Isomerase in eine trans-Δ²-Doppelbindung umgewandelt, die dann von der Enoyl-CoA-Hydratase weiterverarbeitet werden kann. - **2,4-Dienoyl-CoA-Reduktase**: Wenn eine Doppelbindung an einer geraden Position (z.B. Δ⁴) auftritt, wird diese durch die 2,4-Dienoyl-CoA-Reduktase in eine trans-Δ³-Doppelbindung umgewandelt, die dann durch die Enoyl-CoA-Isomerase in eine trans-Δ²-Doppelbindung umgewandelt wird. 5. **Fortsetzung der β-Oxidation**: Nach der Umwandlung der Doppelbindungen kann die β-Oxidation wie gewohnt fortgesetzt werden, bis die gesamte Fettsäure in Acetyl-CoA-Einheiten zerlegt ist. Diese zusätzlichen Schritte sind notwendig, um die ungesättigten Fettsäuren in eine Form zu bringen, die von den Enzymen der β-Oxidation verarbeitet werden kann.

Die β-Oxidation ist der Prozess, durch den Fettsäuren in den Mitochondrien von Zellen abgebaut werden, um Acetyl-CoA zu produzieren, das dann in den Citratzyklus (Krebszyklus) eingespeist wird. Der Ablauf der β-Oxidation lässt sich in vier Hauptschritte unterteilen: 1. **Dehydrierung**: Eine Acyl-CoA-Dehydrogenase katalysiert die Oxidation der Fettsäure, indem sie zwei Wasserstoffatome entfernt und eine trans-Doppelbindung zwischen dem α- und β-Kohlenstoffatom der Fettsäure einführt. Dabei entsteht FADH₂. 2. **Hydratisierung**: Eine Enoyl-CoA-Hydratase fügt ein Wassermolekül an die trans-Doppelbindung an, wodurch eine Hydroxygruppe am β-Kohlenstoffatom entsteht und L-3-Hydroxyacyl-CoA gebildet wird. 3. **Dehydrierung**: Eine 3-Hydroxyacyl-CoA-Dehydrogenase oxidiert die Hydroxygruppe am β-Kohlenstoffatom zu einer Ketogruppe, wodurch 3-Ketoacyl-CoA entsteht. Dabei wird NADH + H⁺ gebildet. 4. **Thiolase-Reaktion**: Eine β-Ketothiolase spaltet 3-Ketoacyl-CoA durch die Addition von Coenzym A (CoA), wodurch Acetyl-CoA und eine um zwei Kohlenstoffatome verkürzte Acyl-CoA-Kette entstehen. Dieser Zyklus wiederholt sich, bis die gesamte Fettsäure in Acetyl-CoA-Einheiten zerlegt ist. Die Acetyl-CoA-Moleküle können dann in den Citratzyklus eintreten, um weiter zu CO₂ und H₂O abgebaut zu werden, wobei ATP produziert wird.