脂肪酸の β 酸化

4-15-2017 Last updated

 

 

このページは β 酸化@本家UBサイト に恒久的に移転しました。このページもネット上に残っていますが，最新の情報はリンク先を参照して下さい。

 

  1. 概要: β 酸化とは
  2. β 酸化の各反応

 

以下は別のページです。

  • 飽和脂肪酸の酸化
  • 奇数鎖脂肪酸の酸化

関連項目

 



概要: β 酸化とは

β 酸化 β-oxidation とは，脂肪酸 fatty acid が生体によってカルボキシル基に対して β の位置（3 位，つまり COOH の C を含めて 3 個目）に酸化を受け，分解する現象をいう（2）。 重要な点は，以下のとおりである。

 

  • この反応はミトコンドリアで起こる（1）。

β 酸化の各反応

1. アシル CoA の生成

補酵素 A (coenzyme A, 右図) は，アシル基 R(C=O)- の転移反応に関わる補酵素である。以下のようにアシル基と ATP 依存的にメルカプト基 -SH で結合し，脂肪酸などのエネルギー準位を上げる（1）。

 

これによって，脂肪酸は以降の反応をしやすくなる。

 

メルカプト基とカルボン酸の基本的な反応は，以下の式の通りである。


 

したがって，補酵素 A を HS-CoA を書くと

 

R(C=O)-OH  +  HS-CoA  →  R(C=O)-S-CoA  +  H+

 

という反応が起こり，アシル CoA が作られる（1）。

 

これは ATP を消費する反応である（1）。はじめに脂肪酸と ATP が反応して acyl-AMP + PPi となり，次に AMP と HS-CoA が置換される。

 

2. ミトコンドリアマトリックスへの輸送 - カルニチン

上記の反応は，ミトコンドリア外膜 outer membrane で起こる（1）。しかし，以降の反応は mitochondria matrix で起こるため，アシル CoA はミトコンドリア内膜を超えて輸送されなければならない。ミトコンドリアの構造はリンク先を参照のこと。

 

輸送にあたって，脂肪酸はアシル CoA から カルニチン carnitine に受け渡される（1）。図 (3) のように，カルニチンとの融合は CPT-I (carnitice acyltransferase I or carnitine palmitoyl transferase I), 内膜の通過は CACT による。

 

Matrix では CPT-II によって再び Acyl-CoA とカルニチンに戻される。

 

3. 脂肪酸の酸化（偶数鎖，飽和脂肪酸の場合）

脂肪酸の酸化は，β 炭素を起点にして起こる。よって β 酸化と呼ばれる。まず β 炭素とは何かを復習しておこう。ここでは簡単に述べる。詳細は 脂肪酸のページ を参照のこと。

 

 

これは高度不飽和脂肪酸 DHA の構造である。炭素番号は -COOH 基の側から数えるが，二重結合は反対側を ω とする数え方もよく用いられる。「ω3 脂肪酸」とは，ω 炭素から数えて 3 番目に二重結合が入っているということである。

 

この考え方では，-COOH 基のある側は COOH の炭素を除外する。つまり COOH の隣の炭素が α 炭素，その隣が β 炭素... となる。脂肪酸の酸化では，α および β 炭素の間に二重結合が導入され，COOH 基の炭素と α 炭素がアセチル CoA として遊離する。

 

この反応は，

  1. 切りたい部分にから水素を奪い（酸化），二重結合を導入する。
  2. その部分を水和する。
  3. 残る側から再び水素を奪い（酸化），新たな -COOH に相当する二重結合を作る。
  4. 残る側を CoA を結合させつつ，アセチル CoA を切り取る。

という順で行われる。

 

この 酸化 → 水和 → 酸化 というパターン は，メチレン基 CH2 をカルボキシル基 C=O に置換するときによく使われるステップである。TCA 回路の反応 6, コハク酸 succinate の酸化のステップと似ている。

 

最初の反応は，アシル CoA デヒドロゲナーゼ (acyl-CoA dehydrogenase) に触媒される（2）。水素を奪う反応，すなわち酸化反応である。

 

FAD が還元され，高エネルギー物質である FADH2 が作られる。

 

生成物は trans-Δ2-enoyl CoA という一般式で書かれる。トランス型，-COOH 基から数えて 2 番目の炭素に二重結合のあるエノイル + CoA ということ。

 

ちなみに，エノイル enoyl の en は「二重結合」の意味で，エノール enol の en と同じ使い方である。ol がアルコールなので，enol は「二重結合をもったアルコール」である。

 


 

 

oyl は「カルボン酸のアシルラジカル」の意味らしい。まとめると，Δ の 2 番目に二重結合をもったカルボン酸ができあがる。

 

この反応では，NAD+ を還元するのに十分な自由エネルギーが放出されないため，仕方なく FAD が使われる（1）。TCA 回路の succinate の酸化と同じ理由である。

 

次に，導入した二重結合に水を付加する。酵素は enoryl CoA hydratase である（1）。L 体のみが作られる。

 

 


今度は NAD+ を使って再び脱水素（酸化）する。酵素は L-3-hydroxyacyl CoA dehydrogenase である（1）。

 

生成物は 3-ketoacyl CoA である。

 

 


最後のステップでは，もう一分子 CoA をもってくる。アセチル CoA が遊離し，炭素が 2 個少ない脂肪酸（アシル CoA）ができあがる。

 

酵素は β-ketothiolase である（1）。

 

 

 

 


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References

  1. Berg et al. Biochemistry: 使っているのは 6 版ですが 7 版を紹介しています。
  2. 岩波 理化学辞典 第5版: 使っているのは 4 版ですが 5 版を紹介しています。
  3. "Reactions through mitochondrial membrane" by Matsan5 - 投稿者自身による作品. Licensed under パブリック・ドメイン via ウィキメディア・コモンズ.