เมแทบอลิซึมของกรดไขมัน

เมแทบอลิซึมของกรดไขมันประกอบด้วยกระบวนการคาทาบอลิกที่ผลิตพลังงาน และกระบวนการเอนาบอลิกที่ผลิตโมเลกุลที่มีความสำคัญทางชีววิทยา (ไตรกีเซอไรด์, ฟอสฟอลิพิด, second messengers, local hormones และ คีโตนบอดีส์)กรดไขมันเป็นกลุ่มใหญ่ ๆ ของโมเลกุลที่จัดประเภทภายในชั้นของมาโครนิวทรีเอนต์ลิพิด หน้าที่ประการหนึ่งของกรดไขมันในเมแทบอลิซึมของสัตว์นั้นคือการผลิตพลังงานในรูปของATP หากเปรียบเทียบกับชั้นมาโครนิวทริเอนต์อื่น ๆ (คาร์โบไฮเดรตและโปรตีน) แล้ว กรดไขมันให้ ATP มากที่สุดในแง่ของพลังงานต่อกรัม เมื่อกรดไขมันได้ถูกออกซิไดส์สำเร็จเป็น CO₂ และน้ำ ผ่านเบตาออกซิเดชัน และวัฏจักรกรดซิตริก กรดไขมัน (โดยหลักแล้วอยู่ในรูปของไตรกลีเซอไรด์) จึงเป็นรูปแบบการกักเก็บของเชื้อเพลิงที่สำคัญที่สุดในสัตว์ส่วนใหญ่ และน้อยลงในพืช นอกจากนี้กรดไขมันยังเป็นองค์ประกอบสำคัญในฟอสฟอลิพิดที่สร้างฟอสฟอลิพิดไบเลเยอร์ในเยื่อหุ้มเซลล์

แคแทบอลิซึมของกรดไขมัน

กรดไขมันจะถูกปล่อยออกจากแหล่งเก็บไขมันในเนื้อเยื่ออะดิโพส (adipose tissue) ระหว่างเมื้ออาหาร ดังต่อไปนี้

• ลิพอไลซิส (lipolysis): การกำจัดสายกรดไขมันจากกลีเซอรอลโดยใช้เอนไซม์ไลเพส ซึ่งถูกกระตุ้นโดยระดับของ epinephrine และ glucagon ที่สูงขึ้นในเลือด (หรือจาก norepinephrine ที่หลั่งโดยระบบประสาทซิมพาเธติกในเนื้อเยื่ออะดิโพส) อันเกิดากระดับกลูโคสในเลือดที่ลดต่ำลงหลังมื้ออาหาร ที่ซึ่งระดับอินซูลินในเลือดลดต่ำตามลงไปเช่นกัน
• กรดไขมันอิสระที่หลุดออกจากกลีเซอรอลเข้าสู่กระแสเลือดที่ซึ่งขนส่งโดยติดเข้ากับอัลบูมินในพลาสมาเลือดไปยังส่วนต่าง ๆ ของร่างกาย
• กรดไขมันอิสระโซ่ยาวเข้าสู่เซลล์เมแทบอลิซึม (คือเซลล์มีชีวิตส่วนมากในร่างกายยกเว้นเซลล์เม็ดเลือดแดงและเซลล์ประสาทในระบบประสาทส่วนกลาง) ผ่านทางโปรตีนขนส่งเฉพาะชนิด เช่นโปรตีนขนส่งกรดไขมัน SLC27 family เซลล์เม็ดเลือดแดงนั้นไม่มีไมโทคอนเดรียจึงไม่สามารถมีกระบวนการเมแทบอลิซึมได้ ในขณะที่เนื้อเยื่อของระบบประสาทส่วนกลางนั้นมีไมโทคอนเดรีย แต่ไม่สามารถใช้งานกรดไขมันได้ เนื่องจากกรดไขมันโซ่ยาว (ซึ่งตรงกันข้ามกับกรดไขมันโซ่ปานกลาง) ไม่สามารถขนส่งเข้าผ่าน blood brain barrier ได้
• เมื่อเข้าสู่เซลล์แล้ว เอนไซม์ long-chain-fatty-acid—CoA ligase จะเข้าเร่งปฏิกิริยาระหว่างกรดไขมันกับ ATP (ที่ซึ่งแตกเป็น AMP และ inorganic pyrophosphate) เพื่อให้เกิดเป็น fatty acyl-adenylate ซึ่งจะทำปฏิกิริยากับ coenzyme A อิสระให้เป็นโมเลกุล fatty acyl-CoA อิสระ
• เพื่อที่จะให้ acyl-CoA เดินทางเข้าสู่ไมโทคอนเดรีย ต้องใช้ตัวขนส่ง carnitine shuttle ดังต่อไปนี้

1. Acyl-CoA จะถูกส่งผ่านไปยังหมู่ไฮดรอกซิลของ carnitine โดย carnitine palmitoyltransferase I ซึ่งอยู่บนด้านไซโทซอลิก (cytosolic faces) ของเยื่อหุ้มชั้นนอกและและชั้นในของไมโทคอนเดรีย
2. Acyl-carnitine จะถูกส่งต่อเข้าไปภายในโดยใช้ carnitine-acylcarnitine translocase ในขณะที่ carnitine จะถูกส่งออกนอกเซลล์
3. Acyl-carnitine จะถูกแปลงกลับไปเป็น acyl-CoA ด้วย carnitine palmitoyltransferase II ซึ่งตั้งอยู่บนผิวชั้นในของเยื่อหุ้มไมโทคอนเดรียชั้นใน ส่วน carnitine ที่ถูกปล่อยออกไปนั้นจะถูกส่งกลับเข้ามาในไซโทซอล ส่วน acyl-CoA จะถูกส่งเข้าไปในเมทริกซ์ของไมโทคอนเดรีย

• เบตาออกซิเดชัน เกิดขึ้นในเมทริกซ์ของไมโทคอนเดรีย จะตัดสายคาร์บอนยาวของกรดไขมัน (ในรูปของโมเลกุล acyl-CoA) กลายเป็นหน่วยคาร์บอนสองหน่วย (acetate) ซึ่งเมื่อรวมเข้ากับ co-enzyme A จะเกิดเป็นโมเลกุล acetyl CoA ซึ่งจะรวมกับ oxaloacetate เกิดเป็น citrate ใน "ช่วงต้น" ของวัฏจักรกรดซิตริก
• acetyl-CoA ที่ผลิตจากกระบวนการเบตาออกซิเดชันเข้าสู่วัฏจักรกรดซิตริกในไมโทคอนเดรียโดยรวมเข้ากับ oxaloacetate เกิดเป็น citrate ซึ่งจะส่งผลเป็นกระบวนการเผาไหม้สมบูรณ์ของ acetyl-CoA เป็น CO₂ และน้ำ พลังงานที่ถูกปล่อยออกมาในกระบวนการนี้จะถูกเก็บในรูปของ 1 GTP และ 11 ATP ต่อ 1 โมเลกุลของ acetyl-CoA ที่ถูกออกซิไดส์ นี่คือเป้าหมายท้ายสุของ acetyl-CoA ในทุก ๆ กระบวนการเบตาออกซิเดชัน ยกเว้นเพียงกรณีที่เกิดภายในตับ

ในตับนั้น oxaloacetate ทั้งหมดหรือบางส่วนสามารถเบนออกไปเข้าสู่วิถี gluconeogenic pathway ในขณะอดอาหาร (fasting), ขาดอาหาร (starvation), การทานอาหารที่ประกอบด้วยคาร์โบไฮเดรตต่ำ (low carbohydrate diet), การออกกำลังกายอย่างหนักหน่วงเป็นเวลานาน (prolonged strenuous exercise) และในผู้ป่วยเบาหวานชนิดที่ 1 ที่ขาดการควบคุม (uncontrolled type 1 diabetes mellitus) ในกรณีเหล่านี้ oxaloacetate จะถูกไฮโดรจีเนต (hydrogenated) เป็น malate ที่ถัดมาจะถูกกำจัดออกจากไมโทคอนเดรียของเซลล์ตับเพื่อถูกเปลี่ยนไปเป็นกลูโคส ในไซโทพลาซึมของเซลล์ตับและจะถูกปล่อยออกไปในกระแสเลือด

หน้าที่อื่น ๆ

ความผิดปกติ

ความผิดปกติของกระบวนการเมแทบอลิซึมของกรดไขมันสามารถอธิบายในรูปแบบเช่น hypertriglyceridemia (ไตตรกลีเซอไรด์ในเลือดสูง) หรือ hyperlipidemia

ชนิดของโรคที่เกิดจากกระบวนการเมแทบอลิซึมนั้นมักจัดอยู่ในกลุ่มความผิดปกติแรกเกิดของเมแทบอลิซึมของลิพิด โรคเหล่านี้อาจเรียกว่าเป็น fatty oxidation disorders หรือเป็น lipid storage disorders และจัดเป็นชนิดหนึ่งของกลุ่มความผิดปกติแรกเกิดของเมแทบอลิซึม