De afbraak van vetzuren wordt gebruikt om energie in cellen te produceren en vindt plaats via een proces dat bèta-oxidatie wordt genoemd. Beta-oxidatie produceert acetyl-co-enzym A, dat verder wordt afgebroken tot carbon dioxide en water of teruggevoerd in de citroenzuur fiets. Storingen in de afbraak van vetzuren kunnen leiden tot ernstige ziekten.
Wat is de afbraak van vetzuren?
De afbraak van vetzuren wordt gebruikt om energie in cellen te produceren en vindt plaats via een proces dat bèta-oxidatie wordt genoemd. Vetzuren worden opgesplitst in de mitochondria. Samen met glucose afbraak in het organisme, vetzuurafbraak is een belangrijk metabolisch proces voor de energieproductie in de cel. De vetzuren worden opgesplitst in de mitochondria De afbraak vindt plaats via de zogenaamde beta-oxidatie. De naam ‘beta’ is ontstaan doordat oxidatie plaatsvindt op de derde plaats carbon atoom (bètakoolstofatoom) van het vetzuurmolecuul. Aan het einde van elke oxidatiecyclus, twee carbon atomen worden afgesplitst in de vorm van geactiveerd azijnzuur (acetyl co-enzym A). Omdat de afbraak van een vetzuur meerdere oxidatiecycli vereist, werd het proces vroeger een vetzuurspiraal genoemd. Acetyl-co-enzym wordt verder afgebroken in de mitochondria aan ketonlichamen of kooldioxide en water Als het opnieuw het cytoplasma binnenkomt vanuit het mitochondrion, wordt het teruggevoerd naar het citroenzuur fiets. Bij de afbraak van vetzuren wordt meer energie geproduceerd dan tijdens glucose brandend.
Functie en taak
Vetzuurafbraak vindt plaats via verschillende reactiestappen en vindt plaats in mitochondriën. In eerste instantie het vetzuur moleculen bevinden zich in het cytosol van de cel. Ze zijn inert moleculen die eerst geactiveerd en getransporteerd moeten worden naar de mitochondria om degradatie te laten plaatsvinden. Om het vetzuur te activeren, wordt co-enzym A overgebracht om acyl-CoA te vormen. Bij dit proces wordt ATP eerst gesplitst in pyrofosfaat en AMP. AMP wordt vervolgens gebruikt om acyl-AMP (acyladenylaat) te vormen. Nadat AMP is gesplitst, kan het vetzuur worden veresterd met co-enzym A om acyl-CoA te vormen. Vervolgens wordt carnitine met behulp van het enzym carnitine acyltransferase I overgebracht naar het geactiveerde vetzuur. Dit complex wordt door de carnitine-acylcarnitine transporter (CACT) getransporteerd naar een mitochondrion (mitochondriale matrix). Daar wordt op zijn beurt carnitine gesplitst en wordt co-enzym A weer overgedragen. De carnitine wordt uit de matrix gehaald en acyl-CoA is klaar in het mitochondrion voor de daadwerkelijke bèta-oxidatie. De eigenlijke bèta-oxidatie vindt plaats in vier reactiestappen. De klassieke oxidatiestappen vinden plaats met even genummerde verzadiging vetzuren Bij oneven genummerde of onverzadigde vetten zuren worden afgebroken, moet het uitgangsmolecuul eerst door verdere reacties op bèta-oxidatie worden voorbereid. De acyl-CoA van even genummerde verzadigde vetzuren zuren wordt in een eerste reactiestap geoxideerd met behulp van het enzym acyl-CoA dehydrogenase. Bij dit proces wordt een dubbele binding gevormd tussen de tweede en derde koolstofatomen op de trans-positie. Bovendien wordt FAD omgezet in FADH2. Normaal gesproken zijn de dubbele bindingen in onverzadigde vetten zuren bevinden zich in de cis-positie, maar alleen met een dubbele binding in de trans-positie kan de volgende reactiestap van vetzuurafbraak plaatsvinden. In een tweede reactiestap voegt het enzym enoyl-CoA-hydratase een water molecuul aan het bètakoolstofatoom om een hydroxylgroep te vormen. De zogenaamde L-3-hydroxyacyl-CoA-dehydrogenase oxideert vervolgens het beta-C-atoom tot een ketogroep. Het resultaat is 3-ketoacyl-CoA. In de laatste reactiestap bindt extra co-enzym A aan het beta-C-atoom. In het proces wordt acetyl-CoA (geactiveerd azijnzuur) splitst zich af en er blijft een acyl-CoA over dat twee koolstofatomen korter is. Dit kortere restmolecuul ondergaat de volgende reactiecyclus totdat verdere splitsing van acetyl-CoA plaatsvindt. Het proces gaat door totdat het hele molecuul is afgebroken tot geactiveerd azijnzuur Het omgekeerde proces naar bèta-oxidatie zou theoretisch ook mogelijk zijn, maar komt in de natuur niet voor. Voor vetzuursynthese is er een ander reactiemechanisme. In het mitochondrion wordt acetyl-CoA verder afgebroken tot kooldioxide en water of ketonlichamen met het vrijkomen van energie. Bij oneven vetzuren blijft aan het einde propionyl-CoA met drie koolstofatomen over. Dit molecuul wordt afgebroken via een andere route. Tijdens vetzuurafbraak van onverzadigde vetzuren zetten specifieke isomerasen de dubbele bindingen van cis- naar trans-configuraties om.
Ziekten en aandoeningen
Stoornissen van de afbraak van vetzuren, hoewel zeldzaam, kunnen dat wel leiden te serieus volksgezondheid problemen. Dit zijn bijna altijd erfelijke aandoeningen. Bijna elk relevant enzym van vetzuurafbraak heeft een overeenkomstig gen mutatie. Een tekort aan het enzym MCAD wordt bijvoorbeeld veroorzaakt door een gen mutatie die op een autosomaal recessieve manier wordt overgeërfd. MCAD is verantwoordelijk voor de afbraak van middellange vetzuren. Symptomen zijn onder meer hypoglycemie (laag bloed suiker), toevallen en frequente comateuze toestanden. Omdat de vetzuren niet kunnen worden gebruikt voor energieproductie, glucose wordt in grotere mate verbrand. Daarom hypoglycemie en het risico van coma optreden. Omdat het lichaam altijd van glucose moet worden voorzien voor energieproductie, mag er geen langdurige onthouding van voedsel zijn. Eventueel een hogedosis glucose-infusie moet worden toegediend in een acute crisis. Bovendien worden alle myopathieën gekenmerkt door mitochondriale vetzuurdepletiestoornissen. Dit resulteert in spierzwakte, verstoringen in lever metabolisme en hypoglycemische toestanden. Tot 70 procent van de patiënten wordt in de loop van hun leven blind. Ernstige ziekten treden ook op als de afbraak van te lange vetzuren wordt verstoord. Deze vetzuren met een zeer lange keten worden niet afgebroken in de mitochondriën, maar in de peroxisomen. Hier is het enzym ALDP verantwoordelijk voor het inbrengen in de peroxisomen. Als ALDP echter defect is, is het lange vetzuur moleculen accumuleren in het cytoplasma, leidend tot ernstige stofwisselingsstoornissen. Dit valt ook de zenuwcellen en de witte stof van de hersenen Deze vorm van vetzuurafbraakstoornis leidt tot neurologische symptomen zoals evenwicht stoornissen, gevoelloosheid, convulsies en bijnierhypofunctie.
