I. OXY-HÓA ACID BĨO.
1.β-Oxy-hóa acid bĩo no có số nguyín tử carbon chẳn.
Quâ trình β-oxy-hóa được bắt đầu bằng một phản ứng chuẩn bị, trong đó acid bĩo được chuyển thănh dạng hòa tan trong nước lă acyl-CoA, trong đó câc nguyín tử hydro α- của gốc acid được hoạt hóa:
O O
R-CH2-CH2-C-OH + ATP + CoA-SH → R-CH2-CH2-C-S-CoA + AMP + PPi Phản ứng năy được xúc tâc bởi nhóm enzyme hoạt hóa acid bĩo gồm acetate thiolase vă câc acyl-CoA synthetase. Nhóm enzyme năy bao gồm ít nhất hai loại: loại thứ nhất đặc hiệu đối với những chuỗi hydrocarbon có chiều dăi trung bình (4- 12 nguyín tử carbon); loại thứ hai đặc hiệu cho những chuỗi dăi hơn. Ngoăi ra, trong ty thể còn có một loại acyl-CoA synthetase hoạt động với sự tham gia của GTP, nhưng khâc với câc enzyme hoạt hóa khâc, trong phản ứng hai phđn tử GTP lần lượt bị phđn giải thănh 2 GDP vă 2 Pi .
Một trong những yếu tố xâc định tốc độ oxy-hóa acid bĩo lă tốc độ xuyín thấm của chúng văo ty thể. Trong khi một số acit bĩo (khoảng 30% acid bĩo tổng số) tự chúng có thể xuyín thấm văo ty thể vă trong matrix của băo quan năy sẽ được hoạt hóa thănh acyl-CoA, thì phần lớn acid bĩo có mạch carbon dăi hơn không chui qua được măng trong của ty thể vă do đó cần phải được hoạt hóa ngay sau khi xuyín qua được măng ngoăi của ty thể. Sau đó những acyl-CoA năy sẽ di chuyển qua lớp măng trong của ty thể nhờ liín kết tạm thời với một chất vận chuyển lă carnitine (τ-trimethyl-amino-β-oxybutyrate).
(CH3)≡N+-CH2-CH-CH2-COOH OH
Carnitine
Carnitine có mặt hầu như trong mọi cơ thể vă trong tất cả câc mô động thực vật. Nhờ một acyl transferase đặc hiệu, gốc acyl của acyl-CoA được chuyển cho nhóm -OH của carnitine, tạo nín acylcarnitine:
O O H ––––N+≡
(CH3)3
R-C-S-CoA ––––––⎯⎯⎯⎯⎯→ R C O O- –––– C Carnitin CoA-SH (Acylcarnitin) O Người ta cho rằng acyl-carnitine dễ xuyín qua măng hơn acyl-CoA vì câc điện tích đm vă dương nằm gần nhau hơn vă dễ trung hòa nhau. Sau khi đi văo matrix của ty thể vă trước khi bắt đầu quâ trình β-oxy-hóa, nhóm acyl lại được chuyển về cho CoA-SH.
Quâ trình β-oxy-hóa acid bĩo no được thực hiện qua 4 phản ứng kế tiếp sau đđy: Acyl-CoA- dehydrogenase 1/ R-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + FAD ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯> ⎯⎯⎯⎯→ R-CH2-CH=CH-CO-S-CoA + FAD.H2 Enoyl-CoA- dehydratase 2/ R-CH2-CH=CH-CO-S-CoA + H2O ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯> ⎯⎯→ R-CH2-CH2-CHOH-CO-S-CoA β-Hydroxyacyl-CoA- dehydrogenase
3/ R-CH2-CHOH-CH2-CO-S-CoA + NAD ⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯⎯>
⎯⎯→ R-CH2-CO-CH2-CO-S-CoA + NAD.H + H+
Thiolase
⎯⎯→ R-CH2-CO-S-CoA + CH3-CO-S-CoA
Trước tiín, trong phản ứng (1), acyl-CoA bị oxy-hóa với sự xúc tâc của acyl- CoA dehydrogenase mă coenzyme lă FAD. Trong phản ứng năy câc nguyín tử H tại câc vị trí α- vă β- được FAD lấy đi. Kết quả lă hình thănh một dẫn xuất không no enoyl-CoA. Tiếp theo, trong phản ứng (2) enoyl-CoA bị hydrate hóa, trong đó nhóm -OH được gắn tại vị trí β-, còn nguyín tử hydro - tại vị trí α-. Kết quả tạo ra L-β-oxyacyl-CoA. Trong phản ứng (3) chức rượu tại vị trí β- bị oxy-hóa bởi β- oxyacyl-CoA dehydrogenase với coenzyme lă NAD+, dẫn đến sự hình thănh β- cetoacyl-CoA. Cuối cùng, trong phản ứng (4) với sự xúc tâc của acyl-CoA-thiolase vă một phđn tử CoA-SH tự do mạch cetoacyl-CoA bị cắt giữa C-α vă C-β để tạo ra acetyl-CoA vă một acyl-CoA mới ngắn hơn acyl-CoA ban đầu 2 nguyín tử carbon. Nó lại sẽ tiếp tục bị oxy-hóa theo trật tự 4 phản ứng trín để tạo ra phđn tử acetyl- CoA thứ hai. Quâ trình năy sẽ tiếp tục cho đến khi toăn bộ phđn tử acyl-CoA với 2n nguyín tử carbon bị phđn giải thănh n phđn tử acetyl-CoA.
Qua trật tự câc phản ứng trín ta thấy cùng với việc rút ngắn một đơn vị acetyl-CoA (C2) từ phđn tử acid bĩo cơ chế β-oxy-hóa cho phĩp tạo ra một phđn tử NAD.H vă một phđn tử FAD.H2. Một phđn tử acetyl-CoA trong chu trình acid tricarboxylic sẽ tạo ra thím 1 ATP, 3 NAD.H vă 1 FAD.H2. Trong chuỗi hô hấp toăn bộ số coenzyme khử năy sẽ tạo ra 16 phđn tử ATP. Như vậy, 17 phđn tử ATP hình thănh khi một đơn vị C2 của acid bĩo bị oxy-hóa hoăn toăn thănh khí carbonic vă nước. Mạch acid bĩo căng dăi thì trong β-oxy-hóa căng tạo ra nhiều acetyl-CoA, vă do đó khi bị oxy-hóa hoăn toăn sẽ sản sinh ra căng nhiều năng lượng hơn. Tuy nhiín, acetyl-CoA sau khi hình thănh có thể không bị oxy-hóa tiếp tục theo chu trình acid tricarboxylic mă được dùng cho câc mục đích sinh tổng hợp theo trật tự câc phản ứng của chu trình glyoxilate.