أكسدة بيتا

📅 آخر تحديث: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٨ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 20 صور
الموسوعة الحرة

في الكيمياء الحيوية والأيض ، تُعرف أكسدة بيتا (أو أكسدة β) بأنها عملية هدمية يتم من خلالها تكسير جزيئات الأحماض الدهنية في السيتوسول في بدائيات النوى وفي الميتوكوندريا في حقيقيات النوى لإنتاج أسيتيل-CoA . يدخل أسيتيل-CoA الناتج عن هذه الخطوة من أيض الأحماض الدهنية إلى دورة حمض الستريك ، مُنتجًا NADH و FADH2 ، وهما ناقلان للإلكترونات يُستخدمان في سلسلة نقل الإلكترون . سُميت هذه العملية بهذا الاسم لأن ذرة الكربون بيتا في سلسلة الأحماض الدهنية تخضع للأكسدة وتتحول إلى مجموعة كربونيل لبدء الدورة من جديد. تُسهّل أكسدة بيتا بشكل أساسي بواسطة البروتين ثلاثي الوظائف الميتوكوندري ، وهو مُركب إنزيمي مُرتبط بالغشاء الداخلي للميتوكوندريا ، على الرغم من أن الأحماض الدهنية ذات السلاسل الطويلة جدًا تتأكسد في البيروكسيسومات . تحدث أكسدة بيتا بشكل رئيسي في القلب والكبد والكلى. [ 1 ]

التفاعل الكلي لدورة واحدة من أكسدة بيتا هو:

C n -acyl-CoA + FAD + NAD + + H 2 O + CoA → C n -2 -acyl-CoA + FADH 2 + NADH + H + + أسيتيل CoA

التنشيط والنقل عبر الغشاء

لا تستطيع الأحماض الدهنية الحرة اختراق أي غشاء بيولوجي بسبب شحنتها السالبة. لذا، يجب أن تعبر غشاء الخلية عبر بروتينات نقل متخصصة ، مثل بروتين نقل الأحماض الدهنية من عائلة SLC27 . [ 2 ] وبمجرد وصولها إلى السيتوسول ، تُنقل الأحماض الدهنية إلى مصفوفة الميتوكوندريا عبر العمليات التالية، مما يسمح بحدوث عملية أكسدة بيتا.

  1. يحفز إنزيم ربط الأحماض الدهنية طويلة السلسلة - CoA التفاعل بين حمض دهني مع ATP لإعطاء أدينيلات أسيل دهني، بالإضافة إلى بيروفوسفات غير عضوي، والذي يتفاعل بعد ذلك مع مرافق الإنزيم A الحر لإعطاء إستر أسيل-CoA الدهني و AMP .
  2. إذا كان لحمض الأسيل-CoA الدهني سلسلة طويلة، فيجب استخدام مكوك الكارنيتين (كما هو موضح في الجدول أدناه):
  3. إذا كان أسيل-CoA الدهني يحتوي على سلسلة قصيرة، فإن هذه الأحماض الدهنية قصيرة السلسلة يمكن أن تنتشر ببساطة عبر الغشاء الداخلي للميتوكوندريا.
الخطوة 1الخطوة الثانيةالخطوة 3الخطوة الرابعة
رسم توضيحي لعملية تحلل الدهون (في الخلية الدهنية) الناتجة عن ارتفاع مستوى الإبينفرين وانخفاض مستوى الأنسولين في الدم. يرتبط الإبينفرين بمستقبلات بيتا الأدرينالية في جدار الخلية الدهنية، مما يؤدي إلى إنتاج cAMP داخل الخلية. يُنشّط cAMP بروتين كيناز ، الذي يقوم بدوره بفسفرة وتنشيط ليباز حساس للهرمونات في الخلية الدهنية. يقوم هذا الليباز بفصل الأحماض الدهنية الحرة عن ارتباطها بالجليسرول في الخلية الدهنية. ثم تُطلق الأحماض الدهنية الحرة والجليسرول في الدم.
رسم تخطيطي يوضح انتقال الأحماض الدهنية الحرة في الدم المرتبطة بألبومين البلازما ، وانتشارها عبر غشاء الخلية باستخدام ناقل بروتيني، وتنشيطها، باستخدام الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP )، لتكوين أسيل-CoA في السيتوسول . الرسم التوضيحي لحمض دهني مكون من 12 ذرة كربون.
رسم تخطيطي يوضح نقل جزيء أسيل-CoA عبر الغشاء الداخلي للميتوكوندريا بواسطة إنزيم ناقل كارنيتين-أسيل-CoA (CAT). يبلغ طول سلسلة الأسيل الموضحة 12 ذرة كربون. يُثبَّط إنزيم CAT بتركيزات عالية من مالونيل-CoA (الخطوة الأولى الحاسمة في تخليق الأحماض الدهنية ) في السيتوبلازم. هذا يعني أن تخليق الأحماض الدهنية وهدمها لا يمكن أن يحدثا في آنٍ واحد في أي خلية.
رسم توضيحي لعملية أكسدة بيتا لجزيء أسيل-CoA في مصفوفة الميتوكوندريا. خلال هذه العملية، يتكون جزيء أسيل-CoA أقصر بذرتي كربون مما كان عليه في بداية العملية. وتُعدّ أسيتيل-CoA والماء وخمس جزيئات ATP نواتج أخرى لكل حدث من أحداث أكسدة بيتا، حتى يتم اختزال جزيء أسيل-CoA بالكامل إلى مجموعة من جزيئات أسيتيل-CoA .

الآلية العامة لأكسدة بيتا

الآلية العامة لأكسدة بيتا

بمجرد دخول الحمض الدهني إلى مصفوفة الميتوكوندريا ، تحدث عملية الأكسدة بيتا عن طريق فصل ذرتي كربون في كل دورة لتكوين أسيتيل-CoA. تتكون العملية من 4 خطوات. [ 3 ]

  1. يُنزع الهيدروجين من حمض دهني طويل السلسلة لتكوين رابطة مزدوجة من نوع ترانس بين ذرتي الكربون C2 و C3. يُحفز هذا التفاعل بواسطة إنزيم أسيل كو-أ ديهيدروجينيز لإنتاج ترانس-دلتا 2-إينويل كو-أ. يستخدم هذا الإنزيم الفلافين أدينين ثنائي النوكليوتيد (FAD) كمستقبل للإلكترونات، ويُختزل إلى FADH2 .
  2. يتم ترطيب ترانس-دلتا 2-إينويل CoA عند الرابطة المزدوجة لإنتاج L-3-هيدروكسي أسيل CoA بواسطة إنزيم إينويل-CoA هيدراتاز .
  3. يُنزع الهيدروجين من L-3-هيدروكسي أسيل CoA مرة أخرى لإنتاج 3-كيتوأسيل CoA بواسطة إنزيم نازع هيدروجين 3-هيدروكسي أسيل CoA. يستخدم هذا الإنزيم NAD كمستقبل للإلكترونات.
  4. تحدث عملية التحلل الثيولي بين ذرتي الكربون C2 وC3 (ذرتي الكربون ألفا وبيتا) في جزيء 3-كيتوأسيل مرافق الإنزيم أ. يحفز إنزيم الثيولاز هذا التفاعل عندما تقوم جزيئة جديدة من مرافق الإنزيم أ بكسر الرابطة عن طريق هجوم نيوكليوفيلي على ذرة الكربون C3. ينتج عن ذلك تحرير أول وحدتين من الكربون، على شكل أسيتيل مرافق الإنزيم أ، وجزيء أسيل مرافق الإنزيم أ منزوع ذرتي كربون. تستمر العملية حتى تتحول جميع ذرات الكربون في الحمض الدهني إلى أسيتيل مرافق الإنزيم أ.

ثم يدخل أسيتيل-CoA هذا إلى دورة حمض الستريك في الميتوكوندريا (دورة TCA). وتنتج كل من أكسدة بيتا للأحماض الدهنية ودورة TCA جزيئات NADH وFADH2 ، والتي تستخدمها سلسلة نقل الإلكترون لتوليد ATP.

تتأكسد الأحماض الدهنية بواسطة معظم أنسجة الجسم. ومع ذلك، فإن بعض الأنسجة مثل خلايا الدم الحمراء لدى الثدييات (التي لا تحتوي على الميتوكوندريا) وخلايا الجهاز العصبي المركزي لا تستخدم الأحماض الدهنية لتلبية احتياجاتها من الطاقة، بل تستخدم الكربوهيدرات (خلايا الدم الحمراء والخلايا العصبية) أو الأجسام الكيتونية (الخلايا العصبية فقط).

نظراً لأن العديد من الأحماض الدهنية ليست مشبعة تماماً أو لا تحتوي على عدد زوجي من ذرات الكربون، فقد تطورت عدة آليات مختلفة، موصوفة أدناه.

الأحماض الدهنية المشبعة ذات العدد الزوجي

بمجرد دخولها إلى الميتوكوندريا، تحدث كل دورة من دورات الأكسدة بيتا، التي تحرر وحدة من الكربونين ( أسيتيل-CoA )، في سلسلة من أربعة تفاعلات: [ 4 ]

وصفرسم بيانيإنزيمالمنتج النهائي
نزع الهيدروجين بواسطة FAD : الخطوة الأولى هي أكسدة الحمض الدهني بواسطة إنزيم أسيل-CoA-ديهيدروجينيز. يحفز هذا الإنزيم تكوين رابطة مزدوجة من نوع ترانس بين ذرتي الكربون C-2 و C-3 عن طريق إزالة ذرات الهيدروجين بشكل انتقائي من ذرة الكربون بيتا. تُعدّ الانتقائية الموضعية لهذه الخطوة أساسية لتفاعلات الإماهة والأكسدة اللاحقة.
نازعة هيدروجين أسيل CoAترانس-Δ 2 -إينويل-CoA
الترطيب: الخطوة التالية هي ترطيب الرابطة بين ذرتي الكربون C-2 و C-3. هذا التفاعل انتقائي فراغيًا ، حيث ينتج عنه المتصاوغ L فقط . يتم وضع مجموعة الهيدروكسيل في موضع مناسب لتفاعل الأكسدة اللاحق بواسطة إنزيم نازع هيدروجين 3-هيدروكسي أسيل-CoA لتكوين مجموعة β-كيتو.
هيدراتاز إينويل كو أL-β-هيدروكسي أسيل CoA
الأكسدة بواسطة NAD + : الخطوة الثالثة هي أكسدة L-β-هيدروكسي أسيل CoA بواسطة NAD + . هذا يحول مجموعة الهيدروكسيل إلى مجموعة كيتو .
نازعة هيدروجين 3-هيدروكسي أسيل-CoAبيتا-كيتواسيل CoA
التحلل الثيولي : الخطوة الأخيرة هي انشطار β-كيتواسيل CoA بواسطة مجموعة الثيول لجزيء آخر من الإنزيم المساعد A. يتم إدخال الثيول بين C-2 و C-3.
بيتا-كيتوثيولازجزيء أسيتيل- CoA ، وجزيء أسيل-CoA أقصر بذرتي كربون

تستمر هذه العملية حتى تنقسم السلسلة بأكملها إلى وحدات أسيتيل مرافق الإنزيم أ. تُنتج الدورة الأخيرة جزيئين منفصلين من أسيتيل مرافق الإنزيم أ، بدلاً من جزيء واحد من أسيل مرافق الإنزيم أ وجزيء واحد من أسيتيل مرافق الإنزيم أ. في كل دورة، تُقصّر وحدة أسيل مرافق الإنزيم أ بمقدار ذرتي كربون. بالتزامن مع ذلك، يتكون جزيء واحد من كل من FADH₂ و NADH وأسيتيل مرافق الإنزيم أ .

يوضح مخطط مسار دورة أكسدة بيتا التفاعلات الأيضية التي تسمح بتكسير الأحماض الدهنية إلى NADH وATP، والتي تُدرّس غالبًا بالتزامن مع سلسلة نقل الإلكترون وإنزيم ATP سينثاز. هذا مثال على أيض الأحماض الدهنية المشبعة "ذات العدد الزوجي".

الأحماض الدهنية المشبعة ذات العدد الفردي

تعديل بروبيونيل-CoA بعد أكسدة بيتا للأحماض الدهنية ذات السلسلة الفردية

توجد الأحماض الدهنية ذات العدد الفردي من ذرات الكربون في دهون النباتات وبعض الكائنات البحرية. وتُنتج العديد من الحيوانات المجترة كمية كبيرة من بروبيونات ثلاثي الكربون أثناء تخمير الكربوهيدرات في الكرش. [ 5 ] وتوجد الأحماض الدهنية طويلة السلسلة ذات العدد الفردي من ذرات الكربون بشكل خاص في دهون وحليب المجترات. [ 6 ]

تتأكسد السلاسل ذات العدد الفردي من ذرات الكربون بنفس طريقة السلاسل ذات العدد الزوجي من ذرات الكربون، ولكن المنتجات النهائية هي بروبيونيل-CoA وأسيتيل-CoA.

يُكربكسل بروبيونيل-CoA أولًا باستخدام أيون البيكربونات ليتحول إلى متصاوغ D من ميثيل مالونيل-CoA . يتضمن هذا التفاعل عاملًا مساعدًا من البيوتين ، وATP، وإنزيم بروبيونيل-CoA كاربوكسيلاز . [ 7 ] تُضاف ذرة الكربون من أيون البيكربونات إلى ذرة الكربون الوسطى في بروبيونيل-CoA، مُكَوِّنةً D-ميثيل مالونيل-CoA. مع ذلك، يُحوَّل الشكل D إنزيميًا إلى الشكل L بواسطة ميثيل مالونيل-CoA إيبيميراز . ثم يخضع لإعادة ترتيب جزيئي داخلي، يُحفَّز بواسطة ميثيل مالونيل-CoA ميوتيز (الذي يتطلب فيتامين B12 كعامل مساعد) لتكوين سكسينيل-CoA. يدخل سكسينيل-CoA المُكَوَّن بعد ذلك دورة حمض الستريك .

مع ذلك، بينما يدخل أسيتيل-CoA دورة حمض الستريك عن طريق التكثيف مع جزيء أوكسالوأسيتات موجود ، يدخل سكسينيل-CoA الدورة كجزيء رئيسي مستقل. وبالتالي، يُضاف السكسينات إلى مجموعة الجزيئات المتداولة في الدورة دون أن يخضع لأي عملية أيض صافية أثناء وجوده فيها. عندما يتجاوز هذا التدفق من وسائط دورة حمض الستريك الطلب التجديدي (مثل تخليق الأسبارتات أو الغلوتامات )، يمكن استخلاص بعضها إلى مسار استحداث الجلوكوز في الكبد والكليتين، عبر إنزيم فوسفينول بيروفات كاربوكسي كيناز ، وتحويلها إلى جلوكوز حر. [ 8 ]

الأحماض الدهنية غير المشبعة

تُشكّل أكسدة بيتا للأحماض الدهنية غير المشبعة مشكلةً، إذ قد يمنع موقع الرابطة من نوع سيس تكوين رابطة ترانس-Δ2، وهي ضرورية لاستمرار أكسدة بيتا، لأن هذا التكوين مثالي للتحفيز الإنزيمي. ويتم التعامل مع هذه المشكلة بواسطة إنزيمين إضافيين، هما إنزيم إينويل كو-أ إيزوميراز وإنزيم 2،4-ديينويل كو-أ ريدوكتاز . [ 9 ]

الأكسدة الكاملة لحمض اللينوليك (حمض دهني غير مشبع).

تحدث عملية الأكسدة بيتا بشكل طبيعي حتى يصبح أسيل CoA (بسبب وجود رابطة مزدوجة) غير مناسب كركيزة لإنزيم أسيل CoA ديهيدروجينيز ، أو إنويل CoA هيدراتاز :

  • إذا كان أسيل CoA يحتوي على رابطة cis-Δ 3 ، فإن cis-Δ 3 - Enoyl CoA isomerase سيحول الرابطة إلى رابطة trans-Δ 2 ، وهي ركيزة عادية.
  • إذا احتوى أسيل مرافق الإنزيم أ على رابطة مزدوجة من نوع سيس-Δ 4 ، فإن نزع الهيدروجين منه ينتج عنه مركب وسيط 2،4-ديينويل، وهو ليس ركيزة لإنزيم هيدراتاز إينويل مرافق الإنزيم أ. مع ذلك، يقوم إنزيم مختزلة 2،4-ديينويل مرافق الإنزيم أ باختزال هذا المركب الوسيط، باستخدام NADPH، إلى ترانس-Δ 3 -إينويل مرافق الإنزيم أ. يُحوّل هذا المركب إلى مركب وسيط مناسب بواسطة إنزيم إيزوميراز 3،2-إينويل مرافق الإنزيم أ، وتستمر عملية الأكسدة بيتا.

أكسدة بيتا في البيروكسيسوم

تحدث أكسدة الأحماض الدهنية أيضًا في البيروكسيسومات عندما تكون سلاسل الأحماض الدهنية طويلة جدًا بحيث لا تستطيع الميتوكوندريا معالجتها. وتُستخدم نفس الإنزيمات في البيروكسيسومات كما في مصفوفة الميتوكوندريا، ويتم إنتاج أسيتيل-CoA. وتخضع الأحماض الدهنية ذات السلاسل الطويلة جدًا (أكثر من 22 ذرة كربون)، والأحماض الدهنية المتفرعة، [10] وبعض البروستاجلاندينات والليكوترينات [ 11 ] للأكسدة الأولية في البيروكسيسومات حتى يتكون أوكتانويل- CoA ، وعندها يخضع للأكسدة في الميتوكوندريا. [ 12 ]

يتمثل أحد الاختلافات المهمة في أن الأكسدة في البيروكسيسومات لا تقترن بتخليق الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP ). بدلاً من ذلك، تُنقل الإلكترونات ذات الجهد العالي إلى الأكسجين (O₂ ) ، مما ينتج عنه بيروكسيد الهيدروجين . يقوم إنزيم الكاتالاز ، الموجود بشكل أساسي في البيروكسيسومات وسيتوبلازم كريات الدم الحمراء ( وأحيانًا في الميتوكوندريا [ 13 ] )، بتحويل بيروكسيد الهيدروجين إلى ماء وأكسجين .

تتطلب عملية أكسدة بيتا في البيروكسيسومات أيضًا إنزيمات خاصة بالبيروكسيسومات وبالأحماض الدهنية الطويلة جدًا. وهناك أربعة اختلافات رئيسية بين الإنزيمات المستخدمة في أكسدة بيتا في الميتوكوندريا والبيروكسيسومات:

  1. لا يمكن إعادة أكسدة NADH المتكون في الخطوة التأكسدية الثالثة في البيروكسيسوم، لذلك يتم تصدير المكافئات المختزلة إلى السيتوسول.
  2. تتطلب عملية الأكسدة بيتا في البيروكسيسوم استخدام ناقل أسيل الكارنيتين البيروكسيسومي (بدلاً من ناقل أسيل الكارنيتين الأول والثاني المستخدم بواسطة الميتوكوندريا) لنقل مجموعة الأسيل المنشطة إلى الميتوكوندريا لمزيد من التحلل.
  3. يتم تحفيز خطوة الأكسدة الأولى في البيروكسيسوم بواسطة إنزيم أسيل-CoA أوكسيداز .
  4. إن إنزيم بيتا كيتوثيولاز المستخدم في أكسدة بيتا في البيروكسيسوم له خصوصية ركيزة متغيرة، تختلف عن إنزيم بيتا كيتوثيولاز الميتوكوندري .

يتم تحفيز الأكسدة البيروكسيسومية عن طريق اتباع نظام غذائي غني بالدهون وتناول أدوية خافضة للدهون مثل الكلوفيبرات .

إنتاج الطاقة

الأحماض الدهنية المشبعة ذات العدد الزوجي

نظريًا، يبلغ إنتاج الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) لكل دورة أكسدة يتم فيها تكسير ذرتي كربون في كل مرة 17 جزيئًا، حيث ينتج كل جزيء NADH ثلاث جزيئات ATP، وينتج كل جزيء FADH₂ جزيئين من ATP، وتنتج دورة كاملة من أسيتيل-CoA في دورة حمض الستريك 12 جزيئًا من ATP. [ 14 ] عمليًا، يكون الإنتاج أقرب إلى 14 جزيئًا من ATP لدورة أكسدة كاملة، حيث يتم إنتاج 2.5 جزيء ATP لكل جزيء NADH، و1.5 جزيء ATP لكل جزيء FADH₂ ، وينتج أسيتيل-CoA عشر جزيئات ATP لكل دورة من دورة حمض الستريك [ 14 ] (وفقًا لنسبة P/O ). ويكون هذا التوزيع كما يلي:

مصدرATPالمجموع
1 FADH 21.5 × ATP= 1.5 ATP (نظريًا 2 ATP) [ 14 ]
1 NADH2.5 × ATP= 2.5 ATP (نظريًا 3 ATP) [ 14 ]
1 أسيتيل كو أ10 × ATP= 10 جزيئات ATP (نظريًا 12 جزيء ATP)
المجموع= 14 ATP

بالنسبة للدهون المشبعة ذات عدد ذرات الكربون الزوجي (C n )، يلزم 0.5 * n - 1 عملية أكسدة، وتنتج العملية النهائية جزيء أسيتيل CoA إضافي. بالإضافة إلى ذلك، يُفقد جزيئان من ATP أثناء تنشيط الحمض الدهني. لذلك، يمكن التعبير عن إجمالي إنتاج ATP كما يلي:

(0.5×ن-1)×14+10-2=أتيP{\displaystyle (0.5\times n-1)\times 14+10-2=ATP}[ 15 ]

أو

7ن-6{\displaystyle 7n-6}

على سبيل المثال، يكون ناتج ATP من البالميتات (C 16 ، n = 16 ) كما يلي:

7×16-6=106أتيP{\displaystyle 7\times 16-6=106ATP}

مُمَثَّلة في شكل جدول:

مصدرATPالمجموع
7 FADH 21.5 × ATP= 10.5 ATP
7 NADH2.5 × ATP= 17.5 ATP
8 أسيتيل كو أ10 × ATP= 80 ATP
التفعيل= -2 ATP
المجموع= 106 ATP

الأحماض الدهنية المشبعة ذات العدد الفردي

خطوات في أكسدة بيتا للأحماض الدهنية المشبعة ذات العدد الفردي [ 16 ]

بالنسبة للدهون المشبعة ذات العدد الفردي من ذرات الكربون (C n )، يلزم 0.5 * n - 1.5 عملية أكسدة، وتنتج العملية النهائية 8 جزيئات من أسيتيل مرافق الإنزيم أ وجزيء واحد من بروبيونيل مرافق الإنزيم أ. ثم يُحوّل هذا المركب إلى سكسينيل مرافق الإنزيم أ عن طريق تفاعل الكربوكسيل، مما يُنتج 5 جزيئات إضافية من الأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) (يُستهلك جزيء واحد من ATP في عملية الكربوكسيل، مما يُنتج صافي 4 جزيئات ATP). بالإضافة إلى ذلك، يُفقد جزيئان من ATP أثناء تنشيط الحمض الدهني. لذلك، يمكن التعبير عن إجمالي إنتاج ATP كما يلي:

(0.5×ن-1.5)×14+4-2=أتيP{\displaystyle (0.5\times n-1.5)\times 14+4-2=ATP}

أو

7ن-19{\displaystyle 7n-19}

على سبيل المثال، يكون ناتج ATP لحمض النوناديسيلك (C 19 ، n = 19 ) كما يلي:

7×19-19=114أتيP{\displaystyle 7\times 19-19=114ATP}

مُمَثَّلة في شكل جدول:

مصدرATPالمجموع
8 FADH 21.5 × ATP= 12 ATP
8 NADH2.5 × ATP= 20 ATP
8 أسيتيل كو أ10 × ATP= 80 ATP
1- سكسينيل كو أ4 × ATP= 4 جزيئات ATP
التفعيل= -2 ATP
المجموع= 114 ATP

الأهمية السريرية

يوجد ما لا يقل عن 25 إنزيمًا وبروتين نقل محدد في مسار أكسدة بيتا. [ 17 ] ومن بين هذه، تم ربط 18 منها بأمراض بشرية كأخطاء وراثية في التمثيل الغذائي .

بالإضافة إلى اضطرابات استقلاب الأحماض الدهنية الوراثية ، تشير الدراسات إلى أن اضطرابات الدهون تُسهم في جوانب متعددة من تكوّن الأورام، وأن استقلاب الأحماض الدهنية يجعل الخلايا الخبيثة أكثر مقاومة للبيئة ناقصة الأكسجين. وبناءً على ذلك، قد تُظهر الخلايا السرطانية استقلابًا غير منتظم للدهون فيما يتعلق بكلٍ من تخليق الأحماض الدهنية وأكسدة الأحماض الدهنية في الميتوكوندريا ، وهما عاملان يُسهمان في جوانب متعددة من تكوّن الأورام ونمو الخلايا. [ 18 ] وقد تم تحديد العديد من اضطرابات أكسدة بيتا المحددة.

نقص إنزيم أسيل-كوإنزيم أ ديهيدروجينيز متوسط ​​السلسلة (MCAD)

يُعدّ نقص إنزيم أسيل-كوإنزيم أ ديهيدروجينيز متوسط ​​السلسلة (MCAD) [ 19 ] أكثر اضطرابات أكسدة الأحماض الدهنية بيتا شيوعًا، وهو عيب خلقي أيضي شائع. غالبًا ما يُكتشف من خلال فحص حديثي الولادة. على الرغم من أن الأطفال يكونون طبيعيين عند الولادة، إلا أن الأعراض تظهر عادةً بين عمر ثلاثة أشهر وسنتين، مع ظهور بعض الحالات في مرحلة البلوغ.

يلعب إنزيم نازع هيدروجين أسيل-CoA متوسط ​​السلسلة (MCAD) دورًا محوريًا في أكسدة بيتا للأحماض الدهنية في الميتوكوندريا، وهي عملية حيوية لتوليد الطاقة خلال فترات الصيام الممتد أو فترات ارتفاع الطلب على الطاقة. وتُعد هذه العملية، ذات الأهمية الخاصة عند استنفاد جليكوجين الكبد، داعمةً لتكوين الكيتونات في الكبد. وتتضمن الخطوة المحددة التي يحفزها إنزيم MCAD نزع الهيدروجين من أسيل-CoA، حيث يحول أسيل-CoA متوسط ​​السلسلة إلى ترانس-2-إينويل-CoA، الذي يُستقلب لاحقًا لإنتاج الطاقة على شكل ATP.

أعراض

  • قد يعاني الأطفال المصابون، الذين يبدون بصحة جيدة في البداية، من أعراض مثل انخفاض نسبة السكر في الدم بدون كيتونات ( نقص سكر الدم مع نقص الكيتونات ) والقيء
  • قد تتطور الحالة إلى خمول ونوبات صرع وغيبوبة ، وعادة ما يكون سببها المرض .
  • قد تشمل النوبات الحادة أيضًا تضخم الكبد ( تضخم الكبد ) ومشاكل في الكبد
  • الموت المفاجئ

العلاجات

  • إعطاء الكربوهيدرات البسيطة
  • تجنب الصيام
  • إطعام الرضع بشكل متكرر
  • بالنسبة للأطفال الصغار، يجب اتباع نظام غذائي يحتوي على أقل من 30% من إجمالي الطاقة من الدهون
  • إعطاء 2 غ/كغ من نشا الذرة غير المطبوخ قبل النوم لتوفير كمية كافية من الجلوكوز طوال الليل
  • الوقاية من نقص السكر في الدم، وخاصة بسبب الصيام المفرط.
  • تجنب تركيبات حليب الأطفال التي تحتوي على الدهون الثلاثية متوسطة السلسلة كمصدر رئيسي للدهون
رسم تخطيطي يوضح أكسدة بيتا للأحماض الدهنية في الميتوكوندريا وتأثيرات نقص إنزيم نازع الهيدروجين طويل السلسلة 3-هيدروكسي أسيل مرافق الإنزيم أ، نقص LCHAD

نقص إنزيم هيدروكسي أسيل-CoA ديهيدروجينيز طويل السلسلة (LCHAD)

نقص إنزيم هيدروكسي أسيل-CoA ديهيدروجينيز طويل السلسلة (LCHAD) [ 20 ] هو تأثير ميتوكوندريا لضعف وظيفة الإنزيم.

يقوم إنزيم LCHAD بنزع الهيدروجين من مشتقات هيدروكسي أسيل-CoA، مما يسهل إزالة الهيدروجين وتكوين مجموعة كيتونية . هذا التفاعل ضروري للخطوات اللاحقة في أكسدة بيتا التي تؤدي إلى إنتاج أسيتيل-CoA وNADH وFADH2، وهي مواد مهمة لتوليد ATP، عملة الطاقة في الخلية.

يُعدّ نقص إنزيم هيدروكسي أسيل-CoA ديهيدروجينيز طويل السلسلة (LCHAD) حالةً تؤثر على وظيفة الميتوكوندريا نتيجةً لاختلالات في الإنزيم. وينتج هذا النقص تحديدًا عن نقص في إنزيم هيدروكسي أسيل-CoA ديهيدروجينيز طويل السلسلة 3. ويؤدي ذلك إلى عجز الجسم عن تحويل أنواع معينة من الدهون إلى طاقة، لا سيما خلال فترات الصيام.

أعراض

العلاجات

نقص إنزيم أسيل-كوإنزيم أ ديهيدروجينيز ذو السلسلة الطويلة جدًا (VLCAD)

يُعدّ نقص إنزيم نازعة هيدروجين أسيل مرافق الإنزيم أ ذي السلسلة الطويلة جدًا ( نقص VLCAD ) اضطرابًا وراثيًا يؤثر على قدرة الجسم على تكسير أنواع معينة من الدهون. في دورة أكسدة بيتا، يتمثل دور VLCAD في إزالة ذرتي هيدروجين من جزيء أسيل مرافق الإنزيم أ، مُكَوِّنًا رابطة ثنائية ومُحوِّلًا إياه إلى ترانس-2-إينويل مرافق الإنزيم أ. تُعدّ هذه الخطوة الأولى الحاسمة في الدورة ضروريةً لخضوع الحمض الدهني لمزيد من المعالجة وإنتاج الطاقة. عند حدوث نقص في VLCAD، يُواجه الجسم صعوبة في تكسير الأحماض الدهنية طويلة السلسلة بكفاءة. قد يؤدي ذلك إلى تراكم هذه الدهون ونقص الطاقة، خاصةً خلال فترات الصيام أو زيادة النشاط البدني. [ 21 ]

أعراض

العلاجات

  • نظام غذائي قليل الدسم
  • التغذية المنتظمة والمتكررة، وخاصة للرضع والأطفال
  • تناول وجبات خفيفة غنية بالكربوهيدرات المعقدة قبل النوم
  • تمارين رياضية محدودة وموجهة لكبار السن
  • إعطاء السوائل عالية الطاقة عن طريق الوريد
  • تجنب تناول الكارنيتين والدهون عن طريق الوريد
  • تناول الكثير من السوائل وقلونة البول لتكسير العضلات

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ هوتن، ساندر م.؛ فيولانتي، سارة؛ فينتورا، فاطمة ف.؛ واندرز، رونالد ج. أ. (2016). "الكيمياء الحيوية والفيزيولوجيا لأكسدة بيتا للأحماض الدهنية في الميتوكوندريا واضطراباتها الوراثية" . المراجعة السنوية لعلم وظائف الأعضاء . 78 : 23-44 . doi : 10.1146/annurev-physiol-021115-105045 . ISSN 1545-1585 . PMID 26474213 .  
  2. ↑ أندرسون، كورتني م.؛ ستال، أندرياس (2013). "بروتينات نقل الأحماض الدهنية SLC27" . الجوانب الجزيئية للطب . 34 ( 2-3 ): 516-528 . doi : 10.1016/j.mam.2012.07.010 . PMC 3602789. PMID 23506886 .  
  3. ↑ هوتن، ساندر ميشيل؛ واندرز، رونالد جيه إيه (2010). "مقدمة عامة في الكيمياء الحيوية لأكسدة بيتا للأحماض الدهنية في الميتوكوندريا" . مجلة الأمراض الأيضية الوراثية . 33 (5): 469-477 . doi : 10.1007/s10545-010-9061-2 . ISSN 0141-8955 . PMC 2950079. PMID 20195903 .   
  4. ↑ تالي، جاكوب ت.؛ محي الدين، شميم س. (2023)، "الكيمياء الحيوية، أكسدة الأحماض الدهنية" ، ستات بيرلز ، تريجر آيلاند (فلوريدا): دار نشر ستات بيرلز، PMID 32310462 ، تاريخ الاسترجاع 2023-12-03 
  5. ↑ نيلسون دي إل، كوكس إم إم (2005). مبادئ لينينجر في الكيمياء الحيوية ( الطبعة الرابعة). نيويورك: دبليو إتش فريمان وشركاه. الصفحات 648-649 . ISBN   978-0-7167-4339-2.
  6. ↑ رودويل في دبليو. هاربر للكيمياء الحيوية المصورة ( الطبعة 31). شركة ماكجرو هيل للنشر. 
  7. ↑ شولز، هورست (1991-01-01)، فانس، دينيس إي؛ فانس، جين إي (محرران)، الفصل 3: أكسدة الأحماض الدهنية ، الكيمياء الحيوية الشاملة الجديدة، المجلد 20، إلسيفير، الصفحات 87-110 ، doi : 10.1016/s0167-7306(08)60331-2 ، ISBN   978-0-444-89321-5تم الاطلاع عليه بتاريخ 2023-12-03
  8. ↑ كينغ م. "تكوين الجلوكوز: تخليق الجلوكوز الجديد" . القسم الفرعي: "البروبيونات" . themedicalbiochemistrypage.org, LLC . تم الاطلاع عليه بتاريخ 20 مارس 2013 .
  9. ↑ شولز، هورست (28 يناير 1991). "أكسدة بيتا للأحماض الدهنية" . مجلة بيوكيميكا وبيوفيزيكا أكتا (BBA) - الدهون واستقلاب الدهون . 1081 (2): 109-120 . doi : 10.1016/0005-2760(91)90015-A . ISSN 0005-2760 . PMID 1998729 .  
  10. ↑ سينغ ، آي (فبراير 1997). "الكيمياء الحيوية للبيروكسيسومات في الصحة والمرض". الكيمياء الحيوية الجزيئية والخلوية . 167 ( 1-2 ): 1-29 . doi : 10.1023/A:1006883229684 . PMID 9059978. S2CID 22864478 .  
  11. ↑ جيبسون جي جي، ليك بي جي (2013-04-08). البيروكسيسومات: بيولوجيتها وأهميتها في علم السموم والطب . مطبعة سي آر سي. ص 69–. ISBN  978-0-203-48151-6.
  12. ↑ لازارو، ب. ب. (مارس 1978). "تحفز بيروكسيسومات كبد الفئران أكسدة بيتا للأحماض الدهنية" . مجلة الكيمياء البيولوجية . 253 (5): 1522-1528 . doi : 10.1016/S0021-9258(17)34897-4 . PMID 627552 . 
  13. ↑ باي جيه، سيدرباوم إيه آي (2001). "كاتالاز الميتوكوندريا والإصابة التأكسدية". الإشارات والمستقبلات البيولوجية . 10 ( 3-4 ): 3189-199 . doi : 10.1159/000046887 . PMID 11351128. S2CID 33795198 .  
  14. 1 2 3 4 رودويل، فيكتور (2015). الكيمياء الحيوية المصورة لهاربر، الطبعة الثلاثون . الولايات المتحدة الأمريكية: ماكجرو هيل للتعليم. ص 164. ISBN  978-0-07-182537-5.
  15. ↑ جاين ب، سينغ س، آريا أ (يناير 2021). "طريقة تركز على الطالب لحساب طاقة الأحماض الدهنية: صيغة متكاملة وأداة ويب". تعليم الكيمياء الحيوية والبيولوجيا الجزيئية . 1 (1): 492-499 . doi : 10.1002/bmb.21486 . ​​PMID 33427394. S2CID 231577993 .  
  16. ↑ "التخليق الحيوي للأحماض الدهنية المتماثلة في البكتيريا المخاطية: تُشتق الأحماض الدهنية المتماثلة ذات العدد الزوجي من ذرات الكربون من خلال أكسدة ألفا من الأحماض الدهنية المتماثلة ذات العدد الفردي من ذرات الكربون" . doi : 10.1021/ja043570y.s001 . تاريخ الاسترجاع: 7 نوفمبر 2023 .{{cite journal}}يتطلب الاستشهاد بالمجلة ( مساعدة )|journal=
  17. ↑ تين الأول (2013). "اضطرابات أكسدة الأحماض الدهنية". طب أعصاب الأطفال، الجزء الثالث . دليل طب الأعصاب السريري. المجلد 113. الصفحات 1675-1688 . doi : 10.1016/B978-0-444-59565-2.00035-6 . ISBN   9780444595652PMID 23622388​​ 
  18. ↑ عز الدين ر، تاغيخاني م، سالك فاروخي أ، سومي م ح، صمادي ن، أصفهاني أ، راسائي م ج (مايو 2021). "تثبيط أكسدة الأحماض الدهنية بتأثير HIF-1α وPPARγ في سرطان المعدة الغدي البشري وأهميته السريرية". مجلة علم وظائف الأعضاء والكيمياء الحيوية . 77 (2): 249-260 . doi : 10.1007/s13105-021-00791-3 . PMID 33730333. S2CID 232300877 .  
  19. ↑ فيشواناث، فيجاي أ. (2016). " اضطرابات أكسدة بيتا للأحماض الدهنية: مراجعة موجزة" . حوليات علم الأعصاب . 23 (1): 51-55 . doi : 10.1159/000443556 . ISSN 0972-7531 . PMC 4934411. PMID 27536022 .   
  20. ↑ براسون، بانكاج؛ لوبيكولو، ماري كيت؛ جينيفيتش، إيلونا (1993). "نقص إنزيم هيدروكسي أسيل-CoA ديهيدروجينيز طويل السلسلة / نقص البروتين ثلاثي الوظائف". GeneReviews . PMID 36063482 . 
  21. ↑ ليزلي، نانسي د.؛ ساينز-أيالا، صوفيا (1993)، آدم، مارغريت ب.؛ فيلدمان، جيري؛ ميرزا، غيدا م.؛ باجون، روبرتا أ. (محررون)، "نقص إنزيم أسيل-كوإنزيم أ ديهيدروجينيز ذو السلسلة الطويلة جدًا" ، GeneReviews® ، سياتل (واشنطن): جامعة واشنطن، سياتل، PMID 20301763 ، تاريخ الاسترجاع 2023-12-04 

للمزيد من القراءة