【脂肪酸的β氧化】脂肪酸的不同氧化方式

2020-06-15 - 脂肪酸

常见的偶数碳饱和脂肪酸通过普通的β-氧化即可完成代谢。不过一些特殊的脂肪酸,如不饱和脂肪酸、支链脂肪酸和超长链脂肪酸(22碳以上),氧化时需要某些不同的过程,包括异构化、α-氧化、ω-氧化,以及过氧化物酶体中的氧化过程等。

脂肪酸的β氧化

对于不饱和脂肪酸,一般每个双键要少一次脂酰辅酶A脱氢过程,即减少一个FADH2。但除了能量差异,还会有双键位置和构型的问题。

如果双键在脂酰辅酶A的3位,不能被脂酰辅酶A脱氢酶催化,需要异构到2位才行。此反应由Δ3-烯脂酰辅酶A异构酶1(ECI1)催化,不论顺反,均生成2位的反式双键。例如油酸在9位有一个顺式双键,三个循环后形成Δ3-顺烯脂酰辅酶A。异构生成Δ2-反烯脂酰辅酶A,即可继续氧化。

脂肪酸的β氧化

2位的双键不论顺反都可以水化,但顺式双键水化会生成D型产物,需要在β-羟脂酰辅酶A差向酶作用下转变为L型,才能继续氧化。

对于多不饱和脂肪酸,氧化时容易形成2,4-位的共轭双键。这时需要消耗一个NADPH,由2,4-二烯酰辅酶A还原酶(DECR1)将其还原,生成3位的反式双键,再异构到2位。

脂肪酸的β氧化

所以反式脂肪酸是可以被氧化代谢的。不过反式脂肪酸的代谢还是有些问题。有人比较了反油酸(9-反式-十八烯酸)与油酸和硬脂酸的降解,发现反油酸在线粒体中β-氧化时会积累5-反式-十四烯酰-CoA。文章认为这是由于长链酰基辅酶A脱氢酶(LCAD)对其亲和力较低,这种积累会导致5-反式-十四烯酸从线粒体逸出,干扰细胞质中蛋白质的脂酰化等过程(J Biol Chem.

2004 Dec 10;279(50):52160-7.)。

所以尽量不要摄入太多反式脂肪酸。世界卫生组织(WHO)2003年建议反式脂肪的供能比(反式脂肪提供的能量占膳食摄入总能量的百分比)应低于1%。

脂肪酸的氧化也有一部分在其它细胞器进行,比如内质网中可以进行ω-氧化,在脂肪酸的末位碳上引入羟基,再依次氧化为醛基和羧基,形成二羧酸。参与的酶依次为ω-羟化酶、醇脱氢酶和醛脱氢酶,它们也参与乙醇代谢过程。

ω-羟化酶属于细胞色素P450家族,包括CYP4A11、CYP4A22、CYP4F等。这个羟化反应需要分子氧和NADPH。白三烯、维生素E的代谢也需要ω-羟化酶参与。也有报道称ω-氧化可以降解α-氯化脂肪酸(J Biol Chem. 2010 Dec 31;285(53):41255-41269.)。有些微生物可以通过ω-氧化将烷烃转化为脂肪酸,可用于环保方面,如清除泄露的石油之类。

ω-氧化通常是次要脂肪酸氧化途径。在某些病理状态下,例如糖尿病,长期饮酒和饥饿时,或者肉碱穿梭缺陷导致β-氧化被阻断时,相关中间体会积聚。此时ω-氧化就会作为一种补偿而上调。(EBioMedicine. 2017 Mar; 17: 57–66.)

在过氧化物酶体中存在α-氧化和β-氧化途径。其β-氧化的反应过程基本与线粒体中的相似,但催化的酶却有所不同。最明显的差别是第一步的酶,这里用的不是脱氢酶,而是氧化酶(关于二者区别可以参考《脱氢酶与氧化酶有何区别》一文)。因为线粒体中生成的FADH2可以直接通过呼吸链再生,而这里就只能直接把电子传递给氧,生成过氧化氢。

过氧化物酶体的β-氧化主要负责处理超长链脂肪酸(VLCFA:C18–C26)。它们并不会被氧化成二氧化碳,而是形成链缩短的脂酰辅酶A,然后转运到线粒体中完全氧化。过氧化物酶体还负责代谢ω-氧化产生的长链二元羧酸,某些多不饱和脂肪酸(PUFA)以及α-氧化途径的产物等。

α-氧化主要用于降解一些特殊的脂肪酸,比如3位带有分支结构等。例如哺乳动物从食物中摄入的叶绿素代谢时,会生成植烷酸,其β位有甲基,这种结构不能通过β-氧化降解,只能通过α-氧化脱羧才能继续进行β-氧化。

α-氧化先在α-位羟化,然后在1,2位之间裂解,放出一个甲酰辅酶A,得到截短一个碳的脂肪醛。之后可以正常氧化、活化,通过β-氧化降解。

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