آلفا اکسیداسیون: مکان، مسیر، مراحل، اهمیت

فهرست مطالب نمایش

مقدمه‌ای بر آلفا اکسیداسیون

با توجه به رشته بیوشیمی، مسیرهای متابولیکی متعدد، تجزیه و استفاده از ترکیبات مختلف را در موجودات زنده تنظیم می‌کند. یکی از این مسیرها، آلفا اکسیداسیون، برای متابولیسم اسیدهای چرب خاص ضروری است.

هدف این یادداشت این است که با بررسی ارتباط، مکان، فرآیند، مراحل، اصطلاحات و اختلالات مربوط به آلفا اکسیداسیون، درک کاملی از آلفا اکسیداسیون در اختیار خوانندگان قرار دهد. ما می‌توانیم با بررسی این عوامل به اهمیت آلفا اکسیداسیون در متابولیسم سلولی پی ببریم.

آلفا اکسیداسیون چیست؟

آلفا اکسیداسیون، اکسیداسیون اسید چرب (گروه متیل در کربن بتا) با حذف یک واحد کربن مجاور آلفا کربن از انتهای کربوکسیلیک است.
واحد کربن به شکل CO2 حذف می‌شود.
آلفا اکسیداسیون در آن دسته از اسیدهای چرب رخ می‌دهد که دارای یک گروه متیل (-CH3) در بتا کربن هستند، که مانع از اکسیداسیون بتا می‌شود.
تولید ATP وجود ندارد.
یک فرآیند متابولیک به نام “آلفا اکسیداسیون” مسئول تجزیه اسیدهای چرب خاص است که شامل یک گروه متیل در موقعیت آلفا کربن است.
پراکسی زوم‌ها، اندامک‌های درون سلولی مسئول چندین عملکرد متابولیک هستند.
برخلاف اکسیداسیون بتا که در میتوکندری اتفاق می‌افتد، آلفا اکسیداسیون مسیر متفاوتی را برای اکسیداسیون اسیدهای چرب با ویژگی‌های ساختاری خاص ارائه می‌دهد.

محل آلفا اکسیداسیون

پراکسی زوم‌ها محلی هستند که آلفا اکسیداسیون صورت می‌گیرد.

پراکسی زوم‌ها اندامک‌های متصل به غشاء هستند. این‌ها در سلول‌های یوکاریوتی وجود دارند و برای متابولیسم لیپیدها ضروری هستند. آنزیم‌هایی برای تجزیه مواد مختلف از جمله اسیدهای چرب در این اندامک‌ها وجود دارد. اهمیت آلفا اکسیداسیون در این اندام‌ها با وجود پراکسی زوم‌ها در بافت‌های خاصی مانند کبد و کلیه قابل توجه است

مسیر آلفا اکسیداسیون

مسیر آلفا اکسیداسیون شامل یک سری واکنش‌های آنزیمی است که در نهایت منجر به تجزیه اسیدهای چرب می‌شود. مراحل اصلی این مسیر شامل فعال سازی، هیدراتاسیون، اکسیداسیون و تیولیز است. این واکنش‌های متوالی به صورت هم افزایی برای تبدیل اسیدهای چرب به مولکول‌های کوچک‌تر عمل می‌کنند که می‌توانند برای تولید انرژی یا سایر فرآیندهای متابولیکی مورد استفاده قرار گیرند.

۱. فعال سازی

مولکول اسید چرب فعال شده و برای تخریب بیشتر آماده می‌شود. اسید چرب ابتدا توسط آنزیم آسیل کوآ سنتتاز فعال می‌شود.
این واکنش شامل اتصال کوآنزیم A (CoA) به اسید چرب است که منجر به تشکیل آسیل-CoA چرب می‌شود.
این فرآیند به ورودی ATP (آدنوزین تری فسفات) نیاز دارد که به AMP (آدنوزین مونوفسفات) و پیروفسفات معدنی (PPi) هیدرولیز می‌گردد.
آسیل-CoA چرب اکنون برای مراحل بعدی مسیر آلفا اکسیداسیون آماده شده است.

۲. آبرسانی

پس از فعال شدن، آسیل-CoA چرب تحت هیدراتاسیون قرار می‌گیرد که یک گروه هیدروکسیل (-OH) را در موقعیت آلفا کربن مولکول معرفی می‌کند.
این واکنش توسط آنزیم enoyl-CoA هیدراتاز کاتالیز می‌شود.
این آنزیم یک مولکول آب را در سراسر پیوند دوگانه در آسیل-CoA چرب اضافه می‌کند و در نتیجه یک گروه هیدروکسیل تشکیل می‌شود.
محصول این مرحله با نام ۲-هیدروکسی آسیل کوآ شناخته می‌شود.

۳. اکسیداسیون

در مرحله اکسیداسیون، گروه هیدروکسیل معرفی شده در مرحله قبل اکسید می‌شود و منجر به تشکیل یک گروه کتو (=O) در موقعیت آلفا کربن می‌شود.
این واکنش توسط آنزیم 2-هیدروکسی آسیل کوآ لیاز تسهیل می‌شود.
این آنزیم حذف آب از 2-هیدروکسی آسیل-CoA را کاتالیز کرده و در نتیجه یک آلفا-کتوآسیل-CoA تشکیل می‌شود.

۴. تیولیز

مرحله نهایی مسیر آلفا اکسیداسیون، تیولیز است، که در آن آلفا کتوآسیل-CoA به استیل-CoA و یک مولکول آسیل-کوآ کوتاه شده تقسیم می‌شود.
این واکنش توسط آنزیم تیولاز انجام می‌شود. این آنزیم با استفاده از کوآنزیم A-SH (CoA-SH) به عنوان نوکلئوفیل، برش آلفا کتوآسیل-CoA را کاتالیز می‌کند.
در نتیجه، استیل-CoA آزاد می‌شود، درحالیکه مولکول آسیل-CoA باقی مانده توسط یک اتم کربن کوتاه می‌شود.

واکنش در آلفا اکسیداسیون

واکنش‌ها در مسیر این اکسیداسیون نقش مهمی در تجزیه اسیدهای چرب خاص دارند. این واکنش‌ها شامل فعال شدن اسیدهای چرب و به دنبال آن معرفی یک گروه هیدروکسیل، اکسیداسیون و برش متعاقب آن است. نتیجه کلی تولید استیل کوآ است که می‌تواند برای تولید انرژی از طریق چرخه اسید سیتریک یا سایر مسیرهای متابولیک استفاده شود.

مرحله 1: فعال سازی

واکنش: اسید چرب + CoA + ATP → چربی آسیل کوآ + AMP + PPi

آنزیم: Acyl-CoA سنتتاز

مرحله 2: هیدراتاسیون

واکنش: آسیل چرب + H2O → 2-Hydroxyacyl-CoA

آنزیم: Enoyl-CoA هیدراتاز

مرحله 3: اکسیداسیون

واکنش: 2-Hydroxyacyl-CoA → α- Ketoacyl-CoA

آنزیم: 2-Hydroxyacyl-CoA لیاز

مرحله 4: تیولیز

واکنش: α-کتواسیل کوآ + کوآ-ش → استیل کوآ + آسیل کوآ کوتاه شده

آنزیم: تیولاز

این واکنش‌ها به صورت متوالی رخ می‌دهند و توسط آنزیم‌های خاص کاتالیز می‌شوند که منجر به تخریب اسیدهای چرب و تولید استیل کوآ می‌شود. این می‌تواند بیشتر در مسیرهای متابولیکی مختلف مورد استفاده قرار گیرد.

اهمیت

به چند دلیل، آلفا اکسیداسیون برای متابولیسم سلولی بسیار مهم است. اول از همه، اسیدهای چرب حاوی گروه‌های متیل را در موقعیت آلفا کربن می‌دهد، که برای اکسیداسیون بتا، راهی دیگر برای تجزیه نمی‌شوند.
این باعث می‌شود تا به طور موثر اسیدهای چرب خاصی که نمی‌توانند از طریق مسیر سنتی متابولیزه شوند، تحت تجزیه قرار گیرند.
علاوه بر این، متابولیسم اسیدهای چرب با زنجیره شاخه‌ دار مانند اسید فیتانیک و اسید پریستانیک به شدت به آلفا اکسیداسیون بستگی دارد.
این اسیدهای چرب با زنجیره شاخه دار اغلب در منابع غذایی از جمله محصولات لبنی و انواع خاصی از گوشت یافت می‌شوند. تجزیه مناسب این اسیدهای چرب با آلفا اکسیداسیون انجام می‌شود. این همچنین از تجمع آن‌ها جلوگیری می‌کند، که ممکن است منجر به مشکلات متابولیک شود.
علاوه بر این، این اکسیداسیون به ایجاد مواد قابل توجهی مانند اسیدهای صفراوی کمک می‌کند.
تجزیه و جذب لیپیدهای رژیم غذایی به شدت به اسیدهای صفراوی بستگی دارد. به منظور اطمینان از هضم و جذب مناسب چربی، مسیر آلفا اکسیداسیون به تولید واسطه‌هایی کمک می‌کند که در سنتز اسیدهای صفراوی استفاده می‌شوند.
علاوه بر این، متابولیسم چندین سم و بیگانه‌بیوتیک شامل آلفا اکسیداسیون می‌شود. به عنوان مثال، اسید فیتانیک، محصول جانبی آلفا اکسیداسیون، می‌تواند از طریق غذا به دست آید یا در داخل از محصولات تجزیه کلروفیل تولید شود.
تجمع اسید فیتانیک می‌تواند منجر به بیماری رفسوم شود. این سندرم که با نقایص عصبی و بینایی مشخص می‌شود، در افراد با آلفا اکسیداسیون ضعیف دیده می‌شود.

بیماری های مرتبط

بسیاری از بیماری‌های متابولیک می‌توانند ناشی از کمبود یا نقص آنزیم مرتبط با آلفا اکسیداسیون باشند.
یکی از این شرایط، بیماری Refsum است که قبلاً توضیح داده شد. این بیماری به دلیل کمبود آنزیم آلفا اکسیداسیون فیتانویل-CoA هیدروکسیلاز ایجاد می‌شود.
این امر باعث تجمع اسید فیتانیک و ایجاد مشکلات عصبی و بینایی می‌گردد.
بیماری ژنتیکی غیرمعمول سندرم زلوگر، که با کمبود یا عملکرد نادرست پراکسی زوم‌ها مشخص می‌شود، یکی دیگر از شرایط مرتبط با آلفا اکسیداسیون است.

افراد مبتلا به سندرم زلوگر آلفا اکسیداسیون ضعیفی دارند‌. زیرا پراکسی زوم‌ها محل اصلی آلفا اکسیداسیون هستند که منجر به تجمع اسیدهای چرب و سایر مشکلات متابولیک می‌شود.

نتیجه

تجزیه برخی اسیدهای چرب در پراکسی زوم‌ها از طریق مسیر متابولیک ضروری به نام آلفا اکسیداسیون انجام می‌شود. به اسیدهای چرب با گروه های متیل در موقعیت آلفا کربن مسیر متفاوتی برای اکسیداسیون می‌دهد. فرآیند آلفا اکسیداسیون، اسیدهای چرب را به مولکول‌های کوچک‌تری مانند استیل کوآ تجزیه می‌کند که می‌تواند برای سنتز مواد شیمیایی حیاتی یا تامین انرژی مورد استفاده قرار گیرد.
اهمیت آلفا اکسیداسیون را می‌توان به ظرفیت آن در متابولیسم اسیدهای چرب با زنجیره شاخه‌ای، حمایت از تولید اسیدهای صفراوی و مشارکت در تجزیه سموم و زنوبیوتیک‌ها نسبت داد.
با این حال، بیماری‌های متابولیک مانند بیماری رفسوم و سندرم زلوگر می‌توانند ناشی از نقص در آنزیم‌های دخیل در آلفا اکسیداسیون باشند. درک پیچیدگی‌های فرایند آلفا اکسیداسیون دانش ما را در مورد متابولیسم سلولی و نقش پراکسی زوم ها در متابولیسم لیپیدها افزایش می‌دهد.
تحقیقات بیشتر در این زمینه می‌تواند راهبردهای درمانی بالقوه را برای مدیریت اختلالات متابولیک مرتبط با آلفا اکسیداسیون روشن کند.

همچنین بخوانید:

منبع

مترجم: شقایق مرتاضی

از این مطلب چقدر راضی بودید؟

روی ستاره کلیک کنید تا نظرتون ثبت بشه