Oxidation of Fatty Acids

TAG가 가수분해되면 1) glycerol → glycolysis → CAC → RC → Ox. Phos 2) FA → CAC (acetyl coA) → RC → Ox. Phos

1) Catabolism of glycerol Glycerol → glycerol-3-phosphate → dihydroxyactone phosphate (DHAP) + glyceraldehyde-3-phosphate (GAP) ↓ Glycolysis

H2-C-OH

HO-C-H

H2-C-OH

Glycerol (glycerin) C3H5(OH)3

글리세르알데히드: 글리세린의 말단 CH2OH기가 산화된 형태의 알데히드 CH2OH, CHOH－, CHO. (가장 간단한 단당 알도트레오스)

H2-C-OH

HO-C-H

H2-C-OH

Glycerol

H2C-O-C-R1

HC-O-C-R2

H2C-O-C-R3

O

O

O

Triacylglycerol

Fatty acid

1) Saturated FA: CH3(CH2)14COOH 16:0 palmitic acid CH3(CH2)16COOH 18:0 stearic acid 상온에서 굳음

2) Unsaturated: CH3(CH2)5CH =CH(CH2)7COOH 16:1 (∆9) palmiotreic acid CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH 18:1 (∆9) Oleic acid

β-oxidation of FA

에너지원이 필요이상 존재 세포내 에너지 분자들이 필요이상으로 존재할 경우, 지방산이 세포질에서 합성되고, 글리세롤과 결합하여 TAG를 형성한다. 에너지원이 필요할 때 지방산이 에너지로 이용되려면 베타 산화가 일어나는 간, 심장과 골격근 세포로 운반되어야 한다 지방이 에너지로 사용되려면 지방세포에 저장된 TAG가 유리지방산으로 가수분해되어야 하는데 이 반응은 호르몬에 의해 조절되는 지질분해효소에 의해 촉매된다. 이 반응에 참여하는 호르몬은 epinephrine과 글루카곤(glucagon)으로 낮은 혈당량에 반응하여 TAG로부터 유리지방산을 동원한다.

β-oxidation of FA

1) Activation and entry into mitochondria (The FA in cytosol can not pass through mitochondria membrane, so must) a) cytosol/outer membrane rx (Enzyme: Acetyl coA synthase) Fatty acid + coASH + ATP → fatty acyl-ScoA + AMP + 2 Pi b) transfer of fatty acyl group to carnitine Fatty acyl-ScoA + carnitine ⇔ CoASH + fatty acyl carnitine c) transfer of fatty acyl group to intermitochondrial coA Fatty acyl carnitine + coASH ⇔ fatty acyl-ScoA + carnitine

1) Activation and entry into mitochondria (The FA in cytosol can not pass through mitochondria membrane, so must) a) cytosol/outer membrane rx(Enzyme: Acetyl coA synthase) Fatty acid + coASH + ATP → fatty acyl-ScoA + AMP + 2 Pi

A carboxylate ion is the conjugate base of a carboxylic acid, RCOO−. It is an ion with negative charge

Carboxylate resonance

카르보닐기란 일반적으로 C=O 를 가진 분자 구조를 지칭하는 말입니다. 예를 들면 알데하이드, 케톤, 에스터, 카르복실산 들이 다 카르보닐기 그룹 안에 포함 되어 있습니다. 카르보닐이 가진 일반적인 특징으로는, C=O의 산소 (O)가 전자음성도(electronegativity) 가 탄소 (C) 보다 훨씬 높기 때문에, 산소는 음전하를, 탄소는 양전하를 가지게 됩니다. 전자들이 산소쪽으로 더 붙게 되는거죠. 이렇게 되면, 화학 반응때 친핵 분자들 (nucleophile) C=O 의 탄소 쪽으로 들어와서 반응이 일어나는 경우가 많습니다. 이런 경우를 친핵반응 이라 합니다. 친핵반응은 유기화학의 반응을 이루는 두 줄기 가운데 하나라서 카르보닐기의 성질은 아주 중요합니다. 대표적으로 가장 널리 알려진 카르보닐기를 이용한 화학반응은 알돌반응입니다. 또, 암모니아와 카르보닐기가 같이 반응하게 되면 amine 이나 imine 을 만드는데 이 화학반응도 합성화학에 기초적이면서 널리 쓰이는 방법중에 하나 입니다.

Carbonyl group

Biochemical anatomy of mitochondrion

(막간 공간)

(내막)

1) Activation and entry into mitochondria (The FA in cytosol can not pass through mitochondria membrane, so must) b) transfer of fatty acyl group to carnitine Fatty acyl-ScoA + carnitine ⇔ CoASH + fatty acyl carnitine c) transfer of fatty acyl group to intermitochondrial coA Fatty acyl carnitine + coASH ⇔ fatty acyl-ScoA + carnitine

Fatty acyl coA

Fatty acyl carnitine

(막간 공간)

Fatty acid

1) Saturated FA: CH3(CH2)14COOH 16:0 palmitic acid CH3(CH2)16COOH 18:0 stearic acid 상온에서 굳음

2) Unsaturated: CH3(CH2)5CH =CH(CH2)7COOH 16:1 (∆9) palmiotreic acid CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH 18:1 (∆9) Oleic acid

1st dehydrogenation (enzyme: acyl coA dehydrogenase)

Hydration (enzyme: enoyl-coA hydratase)

2nd dehydrogenation (enzyme: hydroxyacyl coA dehydrogenase)

Thiolytic cleavage (enzyme: thiolase)

Acetyl coA goes to CAC !!!

Go to 1st dehydrogenation

2) β-oxidation

Cut here

β carbon

3) Energetics

Each turn of cycle yields: 1 FADH2, 1 NADH + H+, 1 acetyl CoA Last turn of cycle yields: 2 acetyl CoA

Ex) Stearic acid(C18) 8 FADH2 x (2ATP/FADH2) = 16 ATP 8 NADH + 8H+ x (3ATP/ NADH + H+) = 24 ATP 9 Acetyl CoA x (12 ATP/acetyl coA) = 108 ATP Gross 148 ATP - 2ATP(activation) Net 146 ATP

Much more ATP is made than glucose

지방산의 베타 산화는 미토콘드리아에서 일어나는 것으로 지방산을 분해해서 세포호흡에 의해 ATP를 합성할 수 있는 재료물질인 아세틸 CoA와 FADH2, NADH를 만드는 과정이에요~ 세포호흡을 하는 장소가 미토콘드리아기 때문에 여기서 일어나는 것이구요~ 보통 포도당(탄소가 6개)을 분해하면 최대 36~38 ATP가 만들어지지만 예를 들어 탄소가 18개인 지방산 1분자는 146ATP를 합성할 수 있기때문에 우리몸이 에너지저장을 주로 지방으로 하는 이유가 됩니다~

지방산 베타산화는 미토콘드리아 기질에서 진행됩니다. 따라서 지방산 산화에 관여하는 효소는 미토콘드리아 기질에 존재합니다. 지방산은 직접 미토콘드리아 막을 통과할 수 없기 때문에 변형이 되어야 합니다. 지방산이 지방산 아실-CoA로 전환이 되며 이때 2ATP를 사용합니다. 지방산 아실-CoA는 카르니틴이라는 운반체를 통해 미토콘드리아의 막사이 공간에서 기질로 들어가게 됩니다. 지방산 베타 산화는 요약해서 말하면 지방산이 아세틸CoA(C2) 로 되는 과정인데

그 순서는.. 지방산 아실-CoA ---> 수소의 이탈 : FADH2 생성 -----> 물의 첨가 -------> 수소의 이탈 : NADH생성-----> 탄소 결합의 절단(지방산의 카복실기 말단으로 부터 2개의 탄소단위로 -----> 탄소수가 2개 적은 지방산 + 아세틸 CoA 정리를 해보면... 지방산 베타 산화가 1번 진행될때 생성물 및 이용되는 물질 : 이용되는 물질 - 2ATP 생성물 - 1분자 아세틸 CoA, 1분자 FADH2,1분자 NADH생성 따라서 지방산의 탄소가 18개 라면 베타 산화는 총 8번이 일어나고 9분자 아세틸 CoA, 8분자 FADH2, 8분자 NADH생성 참고로 동면중의 동물이 장기간 물과 음식을 먹지 않아도 지방산 산화에 의해 에너지와 열, 물을 공급받을 수 있고 낙타의 경우도 그들의 등에 저장되어 있는 지방산을 산화 시킬때 방출되는 물을 공급받습니다.

Ketone bodies

Acetyl coA formed in the liver during oxidation of fatty acids may enter CAC or it may be converted to ketone bodies → finally CAC

3 compounds

Cause: lipid rich diet, starvation & diabetics

Result = overflow system Liver에서 생성된 → acetyl coA → CAC ↓ Excess (why ?) acetoacetate, hydroxy bytylate, acetone ↓Blood peripherla tissue (heart, skeletal muscle, …) ↓ Acetyl coA ↓ CAC

기아, 당뇨의 경우 옥살로아세트산은 포도당 신합성경로를 통해 포도당을 합성하는데 소모. 따라서 excess Acetyl coA

Ketosis: build-up of ketone bodies in blood Acidosis: increase in acidic ketone bodies lower the pH. That condition is called acidosis. Acidosis can lead to coma, death.