====== Zsírsavak oxidációja, szintézise ======
  * 2012. október 30-31.
  * Előadó: Buday László

Zsírsav oxidációt a máj, vese (májhoz hasonló funkciókat szinte mindig képes elvégezni, de tömege sokkal kisebb!), szív, vázizom végez 
Franz Knoop írta le először a mechanizmusát.

==== Béta oxidáció lépései ====

**1. lépés:** aktiváció (a sejt citoplazmájában, a rövid zsírsavak, C<sub>12</sub> alatt nem aktiválódnak)
  * RCOOH + ATP + KoA – R-CO-S-KoA + AMP + PP<sub>i</sub>
acil-KoA szintetáznak 3 izoenzime létezik, zsírsavlánc hosszától függően vesznek részt a reakcióban
  * PP<sub>i</sub> – P<sub>i</sub> + P<sub>i</sub>

**2. lépés:** citoszolból mitokondriumba való transzportálás. KoA-hoz kötött zsírsavak nem tudnak egyszerűen belépni a mitkondriumba – transzport karnitin segítségével, amfipatikus jellegű molekula, hozzá foszfátészter-kötéssel kapcsolódik a zsírsav. Karnitin deficiencia: karnitin szintézis nem lehetséges, nem tud elégni a zsírsav. 
Karnitin transzportrendszer ábra!

**3. lépés:** maga a béta-oxidáció (páros szénatomszámú, telített zsírsavak oxidációja)  - béta szénatomon zajlik le oxidáció. Négy enzimatikus lépés:
  * Palmitoil-KoA (C16) //acil-KoA dehidrogenáz// enzimmel oxidálódik (FAD prosztetikus csoport), alfa és béta közötti kettős kötés alakul ki, transz helyzetű hidrogénekkel – transz-enoil-KoA keletkezik
  * //Transz-enoil-KoA hidratáz//: béta szénatomon OH csoport jelenik meg, kiralitáscentrummá válik – l-béta-hidroxiacil-KoA keletkezik
  * //Béta-hidroxiacil-KoA dehidrogenáz//: két hidrogén elvonása NAD-ra, ketocsoport alakul ki
  * Béta-ketoacil-KoA-t az //acil-KoA aciltranszferáz (tioláz)// KoA beépítésével kötést hasít, alfa és béta C atom között, mirisztoil-KoA (két szénatommal kisebb, C14), és acetil-KoA keletkezik – mirisztoil-KoA tovább oxidálódik, acetil-KoA molekulák válnak le róla. Annyi ciklus játszódik le, ahányszor két szénatomot tartalmaz a zsírsav. 

==== Palmitinsav béta-oxidációjának energiamérlege: ====

C<sub>15</sub>H<sub>31</sub>COOH + 8 KoA + ATP + 7 FAD + 7 NAD<sup>+</sup> + 7 H<sub>2</sub>O – 8 acetil-KoA + AMP + 2P<sub>i</sub> + 7 FADH<sub>2</sub> + 7 NADH+H<sup>+</sup>

**Összes ATP termelés: **
  * 8 acetil-KoA – 96 ATP, 
  * 7 FADH<sub>2</sub> – 14 ATP, 
  * 7 NADH+H<sup>+</sup> - 21 ATP
 
	ÖSSZESEN: 131 ATP, ebből levonunk kettőt, mert két nagyenergiájú kötés bontására volt szükség. __**129 ATP**__

Mérési eredmények mást mutatnak: NADH+H<sup>+</sup> - 2,5 ATP, FADH<sub>2</sub> - 1,5 ATP – 108 ATP-ből 2 – __**106 ATP felhasználható.**__
 
==== Telítetlen zsírsavak oxidációja ====
 
  * Transz-enoil-KoA: a telített zsírsavak bontásának második lépésének felel meg. De a természetben ritka a transz helyzetű zsírsav!
  * Cisz-enoil-KoA: enoil-KoA hidratáz szubsztrátként felismeri a cisz helyzetű molekulát is, vizet épít be – de D-béta-hidroxiacil-KoA keletkezik! **Béta-hidroxiacil-KoA epimeráz** megváltoztatja a kiralitását, L formájúvá alakítja, ez már természetes szubsztrátj a béta oxidációnak. (Plusz egy lépés.)
  * Cisz-enoil-KoA, de béta és gamma szénatom között van kettős kötés: segédenzim - **transz-enoil-izomeráz enzim**, kettős kötést áthelyezi, cisz helyzetű izomereket transz helyzetűvé alakítja át – transz-enoil-KoA már természetes szubsztrátja a béta oxidációnak. 

==== Páratlan szénatomszámú zsírsavak béta oxidációja ==== 

fontos! – ritka zsírsavak, de a táplálékban előfordulnak! Béta oxidáció során számos acetil-KoA és egy propionil-KoA keletkezik – propionil-KoA metabolizmusa a lényeges:

  * **propionil-KoA karboxiláz enzim** (biotin kofaktorral, CO<sub>2</sub>-ot fixál, ATP energiájának felhasználásával) – metilmalonil-KoA, elágazó kötés
  * **metilmalonil-KoA mutáz** (B12 kofaktorral – másik ilyen enzim: homocisztein-metiltranszferáz,  B12 állati táplálékból nyerhető kizárólag, hiánya  – felszívódás zavara súlyos tüneteket okoz) átalakítja szukcinil-KoA-vá, elágazó kötést ”kiegyenesít” – citrátkörbe beléphet

Propionil-KoA – szukcinil-KoA útvonal a páratlan szénatomszámú zsírsavak lebontása mellett: valin, izoleucin, metionin, treonin (aminosav anyagcsere) és a timin (nukleotid anyagcsere) lebontásában is jelen van!

==== Zsírsav oxidáció szabályozása ====
Legfontosabb szabályozó molekula – malonil-KoA. Májban: glukóz – piruvát – acetil-KoA. Zsírsavak - acil-KoA – acetil-KoA. 

Acetil-KoA – karboxilázzal //malonil–KoA// keletkezhet, zsírsav bioszintézis felé irányuló folyamat. Malonil-KoA gátolja a zsírsav mitokondriumba való bejutását, így nem zajlik a béta oxidáció – vagy szintézis, vagy lebontás! Malonil-KoA a **karnitin aciltranszferáz I-et** gátolja, aktivált zsírsav a citoszolban marad. 
Kiegészítő szabályozó: **béta-hidroxiacil-KoA dehidrogenázt** allosztérikusan //NAD+H<sup>+</sup>// gátol, NAD<sup>+</sup> aktivál, tioláz működését gátolja a magas acetil-KoA szint. 

Béta-oxidáció a peroxiszómában (nagyon hosszú szénláncú zsírsavak oxidációja itt történik, pl. C24 – lignocerin-KoA). Nem a légzési lánchoz kötött: H<sub>2</sub>O<sub>2</sub> keletkezik, **kataláz** eliminálja – nem az energiatermelés a cél, hanem a hosszú szénláncú zsírsavakat távolítja el a rendszer. 

**Zsírsavak alfa-oxidációja:** alfa szénatomon zajlik az oxidáció – először hidroxil, majd ketocsoport épül be, spontán lehasad az eredeti karboxilcsoport a két oxocsoport egymás mellett való elhelyezkedéséből fakadó elektroneltolódás, taszítás miatt. A visszamaradó zsírsavlánc béta-oxidációba léphet. Jelentőség: elágazó szénláncú zsírsavakban fitolok (pl. klorofillban, tehéntej, disznózsír tartalmazza) – béta oxidációba azonnal nem léphet.

====== Zsírsavszintézis ====== 

Helye: //máj, zsírszövet, vese, agy, tüdő//

Nem a béta-oxidáció megfordítása – különbségek:  nem a mitokondriumban, hanem a citoszolban történik, nem FAD-dal, NAD<sup>+</sup>-dal, hanem NADH-val működik, nem acetil-KoA hasad le, hanem malonil-KoA kondenzál, nem KoA-hoz kötött, hanem ACP fehérjéhez.

Zsírsav-bioszintézis 4 szakasza: 
  - Transzport
  - Aktiválás
  - ACP-re transzfer 
  - Lánchosszabbítás

==== Transzport a mitokondriumból a citoszolba ==== 

Kisebb részben karnitin-acetil-karnitin cseretranszporter átviszi, nagyobb részben: citráton keresztüli transzport – acetil-KoA citráttá alakul, //trikarboxilát transzporter// kijuttatja, ATP és KoA segítségével, **citrát liáz** által oxálacetát keletkezik és acetil-KoA. Az oxálacetát maláttá redukálódik (NADH oxidációja mellett), malát bekerül a mitokondriumba, oxálacetáttá oxidálódik (NAD redukciója mellett). 

Acetil-KoA: szénhidrátokból származik (jóllakottsági állapotban), éhezésben nem szintetizálódik belőle zsír, ketontestek lesznek. 

Citrát: jóllakottsági állapot – sok ATP, //izocitrát-dehidrogenáz// enzim allosztérikus inhibitora, citrát és izocitrát mennyisége felszaporodik a citrátkör blokkolása miatt, citrát kijuthat a mitokondriumból.
 
==== Aktiválás ====

Malonil-KoA szintézise – elkötelező lépés a zsírsav bioszintézisben, emellett a malonil-KoA regulátor is. Acetil-KoA – CO<sub>2</sub> fixálás, ATP hidrolíziséhez kapcsolt, acetil-KoA karboxiláz biotin koenzimmel, malonil-KoA keletkezik. (Malonátként nem jelenik meg, KoA-hoz kapcsolódik!)

Biotin szerkezete: B vitamin család, imidazol és tiofén gyűrűk, karja 4 C-atomos lánc, majd lizin savamid (nem peptidkötés, mert az egyik komponens nem aminosav) kötéssel kapcsolódik, lizin a biotin-fehérje része. 

**BIOTIN FÜGGŐ ENZIMEK (karboxilázok)**: (fontos!) piruvát karboxiláz (glukoneogenezis első lépése), acetil-KoA karboxiláz (zsírsav bioszintézis első lépése), propionil-KoA karboxiláz (propionil-KoA – metil-malonil-KoA átalakulás), béta-metil-krotonil-KoA karboxiláz (leucin és izoprének lebontása) – ez kevésbé jelentős

Biotinon fixálódik biotin karboxiláz enzim segítségével, ehhez köt az acetil-KoA, majd leválik a malonil-KoA. 

==== Transzfer ====
**Acetil-transzaciláz** által KoA-ról kondenzáló enzimre kerül (KE) az acetilcsoport, **malonil-transzaciláz** által malonil KoA-ról ACP-re kerül, acil karrier protein, foszfopantetein kofaktorral működik (36. szerinre)

==== Lánchosszabbítás ====

**Acil-malonil-kondenzáló enzim** (béta-ketoacil-ACP szintetáz) által két molekula kondenzál, távozik egy CO<sub>2</sub> (katalitikus CO<sub>2</sub>), ACP-n a termék. 

Acetilcsoportból származó ketocsoport redukálódik, NADPH oxidációja mellett, két hidrogén beépülésével D-béta-butiril-ACP keletkezik. **Dehidratáz** enzim vizet von el, alfa-béta szénatomok között átmeneti kettős kötés, redukáló lépés, telítetlen kötésből telített kötés alakul ki, butirilcsoport ACP-hez kapcsolva. 
Újabb malonil-KoA kondenzálhat hozzá – további lánchosszabbítás. Palmitinsavig: már nem szubsztrátja a zsírsav-szintetáz komplexnek, befejeződik a szintézis, leválik a komplexről. 

Zsírsav-szintetáz enzimkomplex: 6 enzim, 2300 kDa, egyes enzimek külön nem izolálhatók. Komplex közepén ACP, foszfopantetein-kar kinyúlik és mozgatja az intermediert. 

==== Energiamérlege ====
acetil-KoA + 7 malonil-KoA, 14 NADPH+H<sup>+</sup> - palmitinsav, 7 CO<sub>2</sub> + 8 KoA + 14 NADP + 7H<sub>2</sub>O, azaz a malonil-KoA keletkezésével 8 acetil-KoA + 14 NADPH + 7ATP – palmitinsav + 8 KoA + 14 NADP + 7 ADP + 7 P<sub>i</sub> + 7 H<sub>2</sub>O

redukált NADPH: glukóz direkt oxidációjával (2db/glukóz), almasav enzim, izocitrát-dehidrogenázC16-nál hosszabb szénláncú zsírsavak: endoplazmás retikulumban, C22 és C24 az agyban jelentős. Szintén malonil-KoA kondenzál, NADPH szükséges, KoA-hoz, nem ACP-hez kötött. Mitokondriumban: C12-től C-18-ig, béta oxidáció megfordítása, acetil-KoA kondenzál, NADPH kell, ACP nincs – kevésbé jelentős.

==== Zsírsav bioszintézis szabályozása ====
Zsírsavak lebontásával egyensúlyban van – a kettő egyszerre nem működik, amelyik aktiválja a bioszintézist, általában gátolja a lebontást. Legfontosabb szabályozott enzim: **acetil-KoA karboxiláz** (első elkötelező lépést katalizáló enzim), két formája van: monomer és polimer – aktív forma. Allosztérikus/kovalens módosítás ezt az átalakulást befolyásolja. Allosztérikus aktivátor: //citrát//, jóllakottság után ATP gátolja a citrátkört, citrát kitranszportálhat, mivel felszaporodik. Inhibitor: //palmitoil-KoA// – terméke gátol. Kovalens módosítás: glukagon, adrenalin – cAMP (G fehérjén keresztül) – PKA – foszforiláció gátol, inzulin („jóllakottság”) – tirozin-kináz aktiváció - defoszforiláció, aktiválás. 

==== Telítetlen zsírsavak szintézise ==== 
Két enzimrendszer – palmitinsavba/sztearinsavba egy telítetlen kötés, többszörösen telítetlen zsírsavszintézis. 
Béta-oxidációban, zsírsavszintézisben intermedierek transz-enoil helyzetűek kettős kötés esetén – telítetlen zsírsavak viszont cisz helyzetűek. Margarinok: telítetlen zsírsavak kötéseit ciszből transz helyzetűvé alakítják, mert szilárdabb lesz – transz helyzetű károsabb, mint a cisz-enoil. 

ER: kevert funkciójú oxigenáz komplex, //delta-9-sztearil-KoA deszaturáz// – olajsavat képez.
//delta-4,5,6 – sztearil-KoA deszaturáz// többszörösen telítetlent is létre tud hozni. C10-C18 között nincs enzim, amely telítetlen kötést hozhatna létre – linolsav (C12-13 között is van kettős kötés) és linolénsav (C15-16 között is van kettős kötés) esszenciális. Omega-3, 6 zsírsav (tengeri halakban nagy mennyiség fordul elő): utolsó szénatomtól számított 2-3 és 5-6 helyzetben van cisz helyzetű kettős kötés.