Izvorni kod stranice Beta-oksidacija

[[Datoteka:Acyl-CoA from cytosol to the mitochondrial matrix by carnitine.svg|mini|350px|'''Aktivacija masne kiseline i prijenos acil-CoA od strane karnitina'''<br />
<font color="red">crveno: acil-CoA</font>, <font color="green">zeleno: karnitin</font>, <font color="red">crveno</font>+<font color="green">zeleno</font>: <font color="red">acil</font> <font color="green">karnitin</font>, '''CoASH''': koenzim A, '''CPTI''': karnitin aciltransferaza I, '''CPTII''': karnitin aciltransferaza II, '''1''': acil-CoA sintetaza, '''2''': translokaza, '''A''': vanjska mitohondrijska membrana, '''B''': međumembranski prostor, '''C''': unutarnja mitohondrijska membrana, '''D''': mitohondrijski matriks]] 
'''Beta oksidacija''' je kružni metabolički proces kojim se [[masne kiseline]], prethodno modificirane u oblik [[Acil koenzim A|acil-koenzima A]] (Acil-CoA), postepeno razgrađuju do konačnog produkta [[Acetil-CoA]]. [[Acetil-CoA]] ulazi potom u [[Krebsov ciklus]] kao početna molekula. Beta se oksidacija odvija u [[mitohondrij]]ima i/ili [[peroksisom]]ima u četiri metabolička prijelaza koji se ponavljaju, s određenim razlikama pri razgradnji [[#Nezasićene masne kiseline|nezasićenih masnih kiselina]] i masnih kiselina s neparnim brojem [[ugljik]]ovih atoma.

Masne kiseline moraju proći tri metabolička koraka da bi mogle biti razgrađene u [[Acetil-CoA]]:

1. Aktivacija masnih kiselina u [[citosol]]u<br />
2. Prijenos masnih kiselina iz [[citosol]]a u [[mitohondrij]] (prijenos [[karnitin]]a)<br />
3. Beta oksidacija u matriksu [[mitohondrij]]a

Većina tkiva oksidira masne kiseline kao metaboličko gorivo, s izuzetkom [[Mozak|mozga]] koji ih vrlo teško koristi i [[eritrocit]]a i moždine [[Nadbubrežna žlijezda|nadbubrežne žlijezde]] koja ih ne može koristiti. Kod nekih je životinja beta oksidacija posebno korisna za dobijanje energije tokom [[Zimski san|zimskog sna]] (hibernacije), dok neke pustinjske životinje dobijaju vodu razgradnjom masnih kiselina. Biljke pak vrše beta oksidaciju u [[peroksisom]]ima [[list]]ova i [[sjeme]]na, koja nema ulogu proizvodnje energije već stvaranja prekursora za druge biosintetske reakcije.

== Koraci koji prethode beta oksidaciji ==
=== Aktivacija masnih kiselina ===

Slobodne masne kiseline s lakoćom prolaze staničnu membranu u [[citosol]], pošto su vrlo [[Hidrofoban|hidrofobne]] molekule. Aktivaciju masnih kiselina u citosolu katalizira enzim [[acil CoA sintetaza]]. Masne kiseline reagiraju s [[Adenozin trifosfat|ATP]] i nastaju acil adenilat i anorganski pirofosfat (PPi). Acil adenilat reagira potom s [[Koenzim A|koenzimom A]] i kao produkt nastaje [[acil-koenzim A]] i [[Adenozin monofosfat|AMP]]. Stehiometrijska reakcija aktivacije masnih kiselina:

'''R–COOH + ATP + CoASH → R–CO–SCoA + AMP + PPi + H<sub>2</sub>O'''

=== Prijenos acil-CoA u mitohondrij ===
Radi njegove [[Hidrofilan|hidrofilne]] prirode, Acil-CoA ne može spotano proći iz citosola kroz mitohondrijske membrane do matriksa.
Acil-CoA stoga reagira s [[karnitin]]om i formira [[acil karnitin]], koji se prenosi kroz obje membrane u matriks mitohondrija.

Proces prijenosa acil karnitina odvija se u tri faze:

1. Enzim '''karnitin aciltransferaza I''' ili '''karnitin palmitoiltransferaza I (CPTI)''', koji se nalazi na vanjskoj mitohondrijskoj membrani, odstranjuje [[koenzim A]] iz [[acil-CoA]] i veže acilnu skupinu na [[karnitin]] formirajući tako [[acil karnitin]]. [[Koenzim A]] se oslobađa u [[citosol]] i može biti iskorišten za aktivaciju slijedeće [[masne kiseline]].

2. Transportna [[bjelančevina]] '''translokaza''', koja se nalazi na unutarnjoj mitohondrijskoj membrani, prebacuje acil karnitin u matriks.

3. Enzim '''karnitin acitransfraza II''' ili '''karnitin palmitoiltransferaza II (CPTII)''', koji je tijesno vezan za translokazu, oslobađa molekulu karnitina od acilne skupine i ponovo je veže za [[koenzim A]]. Oslobođeni karnitin se prenosi izvan mitohondrija, kao bi mogao ponoviti ciklus.

Aktivnost prijenosa Acil CoA u [[mitohondrij]] inhibirana je od strane [[malonil-CoA]], jednog od ključnih regulatora metabolizma masnih kiselina.

== Beta oksidacija kao kružni proces u četiri stupnja ==
Unutar mitohondrija, svaki se ciklus beta oksidacije sastoji od niza četiriju reakcija u kojima se razgradnjom acil-CoA oslobađa jedna molekula [[acetil-CoA]]<ref>Nelson, D. L. & Cox, M. M. (2005). ''Lehninger Principles of Biochemistry'', 4. izdanje. New York: W. H. Freeman and Company, {{ISBN|0-7167-4339-6}}.</ref>:

{| class="wikitable"
| '''Opis''' || '''Kemijska reakcija''' || '''Enzim''' || '''Konačni produkt'''
 |- 
 | ''Dehidrogenacija [[Flavin adenin dinukleotid|FAD]]-om:'' Prvi je korak oksidacija masne kiseline od strane enzima acil-CoA dehidrogenaze, koji katalizira formiranje dvostruke veze između C2 i C3.  || [[Datoteka:Beta-Oxidation1.svg|center|400px]] || acil CoA dehidrogenaza || trans-Δ<sup>2</sup>-enoil-CoA
 |- 
 | ''Hidratacija:'' Drugi je korak hidratacija dvostruke veze između C2 i C3. Ova je reakcija stereospecifična, i dopušta formiranje samo L-izomera. || [[Datoteka:Beta-Oxidation2.svg|center|400px]] ||  enoil CoA hidrataza  || L-β-hidroksiacil-CoA
 |- 
 | ''[[Oksidacija]] [[NADH|NAD<sup>+</sup>]]-om:'' Treći je korak [[oksidacija]] L-β-hidroksiacil-CoA od strane NAD<sup>+</sup>, pri čemu se [[hidroksil]]na skupina konvertira u [[keton]]sku skupinu. || [[Datoteka:Beta-Oxidation3.svg|center|400px]] || L-β-hidroksiacil CoA dehidrogenaza  || β-ketoacil-CoA
 |- 
 | ''Tioliza:'' Posljednji je korak odvajanje β-ketoacil CoA, tiolnom skupinom koja pripada drugoj molekuli koenzima A. Tiol je umetnut između C2 i C3. || [[Datoteka:Beta-Oxidation4.svg|center|400px]] || tiolaza (acil-CoA acetiltransferaza)  || acetil-CoA i acil-CoA, koji je kraći za '''dva''' atoma ugljika
|}

Ovaj se proces u četiri koraka ponavlja dok se cijeli lanac ne razgradi u molekule [[acetil-CoA]]. U posljednjem se ciklusu formiraju dvije molekule [[acetil-CoA]], umjesto jedne [[acil-CoA]] i jedne [[acetil-CoA]].

=== Multienzimski kompleks ===
Enzimi koji kataliziraju zadnja tri stupnja beta oksidacije povezani su u veliki multienzimski sklop, koji se nalazi na unutarnjoj membrani mitohondrija i naziva se '''trifunkcijski enzim''' (TFP). Ovaj enzimski sklop je heterooktamer, tj. izgrađen je od četiri α i četiri β podjedinice. Podjedinice α se funkcionalno podudaraju s enoil-CoA hidratazom i L-β-hidroksiacil-CoA-dehidrogenazom, dok podjedinice β vrše aktivnost tiolaze. Bliska interakcija ovih enzima uvelike ubrzava cijeli metabolički proces i čini ga učinkovitijim, pošto se substrati ne disociraju od samih enzima pri prijelazu na slijedeću reakciju.

== Beta oksidacija nezasićenih masnih kiselina ==
Opisane reakcije beta oksidacije vrijede samo za degradaciju [[#zasićene masne kiseline|zasićenih masnih kiselina]] u kojima su atomi [[ugljik]]a vezani jednostrukim [[Kovalentna veza|kovalentnim vezama]]. Kod [[#nezasićene masne kiseline|nezasićenih masnih kiselina]], prisutnost jedne ili više dvostrukih [[Kovalentna veza|kovalentnih veza]] među atomima [[ugljik]]a u ''cis'' poziciji, sprječava formiranje trans-Δ2-enoil-CoA. Pri razgradnji nezasićenih masnih kiselina, u reakciju stupaju dva dodatna [[enzim]]a.

* Kod nezasićenih masnih kiselina s jednom dvostrukom vezom, kao npr. [[oleinska kiselina]] C18:1(Δ9), enzim '''Δ3,Δ2-enoil-CoA izomeraza''' katalizira [[izomer]]izaciju cis-Δ3-enoil-CoA u trans-Δ2-enoil-CoA, koji je uobičajeni substrat beta oksidacije. Daljnje se reakcije odvijaju uobičajenim tokom.
* Kod nezasićenih masnih kiselina s dvije ili više dvostrukih veza, kao npr. [[linolna kislina]] - C18:2(Δ9,12), gore navedena izomeraza najprije katalizira [[izomer]]izaciju ''cis'' pozicije u ''trans''. Potom enzim '''2,4-dienoil-CoA-reduktaza''' reducira dvostruku vezu u jednostruku, pri čemu se koristi reducirani [[nikotinamid adenin dinukleotid fosfat]] (NADPH + H<sup>+</sup>) kao donor [[vodik]]a. Potom enoil-CoA-izomeraza katalizira izomerizaciju ''cis'' u ''trans''. Ostale se reakcije odvijaju uobičajenim tokom.

== Beta oksidacija masnih kiselina s neparnim brojem ugljikovih atoma ==
Većna prirodnih lipida sadrži masne kiseline s parnim brojem ugljikovih atoma, ali neke biljke i morski organizmi mogu sadržati i masne kiseline s neparnim brojem C atoma. Ovi lanci masnih kiselina bivaju oksidirani uobičajenim metaboličkim putem do posljednjeg niza reakcija, pri čemu ne nastaju dva [[acetil-CoA]] već jedan [[acetil-CoA]] i jedan [[propionil-CoA]].
Propionil-CoA razgrađuju tri dodatna enzima.

* '''Propionil CoA carboksilaza''' katalizira reakciju karboksilacije (vezivanja [[Ugljikov(IV) oksid|CO<sub>2</sub>]]), pri čemu nastaje D-metilmalonil-CoA. Kofaktor enzima je [[biotin]] (vitamin H) koji aktivira bikarbonatni [[ion]] HCO<sub>3</sub><sup>-</sup>, a energiju za samu reakciju daje [[ATP]]:

propionil-CoA + HCO<sub>3</sub><sup>-</sup> + ATP → D-metilmalonil-CoA + ADP + Pi

* '''Metilmalonil-CoA epimeraza''' potom pretvara D-[[izomer]] u L-[[metilmalonil-CoA]]. Ova reakcija zahtijeva 5'-deoksiadenozilkobalamin ili [[vitamin B12]] kao kofaktor.
* '''Metilmalonil-CoA mutaza''' katalizira pretvorbu L-metilmalonil-CoA u [[sukcinil CoA]].

[[Sukcinil CoA]] može ući u [[Krebsov ciklus]] kao međuspoj.

== Beta oksidacija u peroksisomima ==
[[Slika:Phaseolus vulgaris seed.jpg|mini|desno|200px|Beta oksidacija u sjemenu biljaka ima ulogu sinteze hranjivih tvari kao [[Glukoza|glukoze]], koje su vrlo bitne kod procesa [[Klijanje|klijanja]].]]
Osim u [[mitohondrij]]ima, beta oksidacija može se dovijati i u [[peroksisom]]ima kad je duljina lanaca masnih kiselina vrlo velika. Kod [[peroksisom]]ske beta oksidacije, proces ne razgrađuje u potpunosti lanac masne kiseline, već se zaustavlja na [[oktanil-Coa|oktanilu-CoA]].

Postoji nekoliko bitnih razlika između mitohondrijske i peroksisomske beta oksidacije, koja zahtijeva i različite enzime.

Aktivirane masne kiseline prenosi posebna peroksisomalna karnitin acil transferaza (umjesto uobičajene acil transferaze I i II).

Unutar peroksisoma, aktivirane masne kiseline (acil-CoA) oksidira prvi enzim '''flavoprotein acil-CoA oksidaza''' koja katalizira nastanak dvostruke veze po slijedećoj formuli:

acil-CoA + O<sub>2</sub> <math>\rightleftharpoons</math> trans-2,3-dehidroacil-CoA + H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>

Za napomenuti je da ova reakcija oksidacije nije vezana za proizvodnju [[ATP]]. Pri peroksisomnoj beta oksidaciji akceptori elektrona nisu [[NAD]] i [[FAD]], već molekula kisika (O<sub>2</sub>), koja redukcijom prelazi u [[vodikov peroksid]] (H<sub>2</sub>O<sub>2</sub>), tako da se većina energije u stvari gubi u obliku topline. Pošto je vrlo toksičan za stanicu, [[vodikov peroksid]] vrlo brzo razgrađuje enzim [[katalaza]].

Drugu reakciju odvajanja [[Acetil CoA|acetila CoA]] od preostalog [[acil CoA]] katalizira enzim '''β-ketotiolaza''', koja je po afinitetu prema substratima razičita od mitohondrijske tiolaze.

Beta oksidacija je vrlo važan metabolički proces kod [[Biljna tkiva|biljnih stanica]]. [[Biljka|Biljke]] ne koriste ovaj proces za dobivanje energije, već za sintezu bitnih metaboličkih spojeva kao [[Glukoza|glukoze]], [[Saharoza|saharoze]] i dr. Beta se oksidacija kod biljaka najviše odvija u stanicama [[list]]ova i u [[sjeme]]nu u organelima koji se u ovom slučaju nazivaju [[glioksisomi]].

== Beta oksidacija kod životinja ==
[[Datoteka:Camelcalf-feeding.jpg|mini|275px|desno|[[Voda]], koja nastane pri pretvorbi naslaga masti pohranjenih u grbama, omogućava [[deva]]ma preživljavanje u vrućem i suhom [[Pustinja|pustinjskom]] okolišu.]]
Za vrijeme [[Zimski san|hibernacije]] i kod dugih seoba, neke životinje jako ovise o energetskim rezervama u masnom tkivu. Beta oksidacija postaje osnovni proces dobivanja energije za vrijeme [[Zimski san|zimskog sna]], koje životinje kao npr. [[medvjed]] ili [[puh]], koriste za proizvodnju [[Toplina|topline]], [[anabolizam|anaboličke procese]] i membranski transport.

Tokom beta oksidacije oslobađaju se i velike količine [[Voda|vode]], koja može zamijeniti izgubljenu količinu vode [[disanje]]m ili [[Transpiracija|transpiracijom]] prilikom znojenja u izuzetno vrućem i suhom okolišu. kod potpune razgradnje jedne molekule masne kiseline npr. [[Palmitinska kiselina|palmitinske kiseline]] moguće je dobiti 23 molekule vode. Najpoznatiji primjer takve prilagodbe su [[Deva|deve]], koje imaju velike rezerve masti pohranjene u leđnim grbama. [[Deva|Deve]] razgrađuju [[mast]] iz grba kako bi dobile vodu, što im omogućava preživljavanje u [[Pustinja|pustinjskom ambijentu]], bez potrebe za čestim pristupom izvorima vode.

== Reference ==
{{izvori}}

[[Kategorija:Celularna biologija]]
[[Kategorija:Biokemija]]