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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

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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

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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)

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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

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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

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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.

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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

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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

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

Carboxylate resonance

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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.

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Biochemical anatomy of mitochondrion

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(막간 공간)

(내막)

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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)

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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

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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

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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

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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

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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.

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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

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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

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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.

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