עיכול וספיגת שומנים
כשאוכלים מזון המכיל שומנים, הוא מגיע למעי הדק. כיס המרה משחרר מלחי מרה שתפקידם לתחלב (emulsify) את השומנים - כלומר, לפרק את טיפות השומן הגדולות לטיפות קטנות יותר בשם מיצלות (micelles).
הלבלב משחרר אנזימים בשם ליפאזות (Lipases) שחותכים את הטריגליצרידים. התוצרים הם:
- מונוגליצרידים
- חומצות שומן חופשיות
- גליצרול
הסבר: שומנים הם מולקולות גדולות ומורכבות. טריגליצרידים לא יכולים לחדור את דופן המעי כפי שהם, ולכן הגוף מפרק אותם לרכיבים קטנים יותר (כמו מונו גליצרידים), ואז מרכיב אותם מחדש בתוך תאי המעי.
לאחר הספיגה וההרכבה מחדש, השומנים נארזים במבנים הנקראים כילומיקרונים (Chylomicrons) - אלו “משאיות” להעברת שומנים בגוף דרך מערכת הלימפה ומשם לזרם הדם.
השומנים מגיעים לאחסון ברקמת השומן או לחמצון בטא (β-oxidation) לייצור אנרגיה.
גיוס טריגליצרידים מאוחסנים
על פני טיפות השומן בתאים נמצא חלבון בשם פריליפין (Perilipin) שמגן על השומן מפני פירוק (מסומנות בתמונה בצבע סגול).
מסלול האיתות במצב רעב
- גלוקגון נקשר לרצפטור מסוג
GPCR(עם חלבוןGₛ) על פני תא השומן - הרצפטור מפעיל את האנזים
Adenylyl Cyclase - נוצר
cAMP(שליח שניוני) cAMPמפעיל אתPKA(Protein Kinase A)PKAמזרחן שני מצעים:- את הפריליפין - מה שמשחרר את ההגנה מטיפת השומן
- את
HSL(Hormone-Sensitive Lipase) - ליפאז שנהיה פעיל לאחר הזרחון
תוצאת הפירוק
HSLמפרק טריגליצרידים ← דיגליצרידים ← מונוגליצרידים ← גליצרול + חומצות שומן- חומצות השומן החופשיות נקשרות לאלבומין בדם ומועברות לתאי המטרה
- חומצות השומן נכנסות לתאים באמצעות טרנספורטרים ועוברות חמצון בטא במיטוכונדריה
כניסת חומצות שומן למיטוכונדריה - שאטל קרניטין
חומצות שומן בציטוזול צריכות להיכנס למיטוכונדריה לצורך חמצון בטא. חומצות שומן ארוכות (מעל 14 פחמנים) דורשות מנגנון מיוחד:
-
אקטיבציה בציטוזול: חומצת השומן נקשרת ל-
CoAליצירתAcyl-CoA -
העברה לקרניטין: האנזים
CPT-I(Carnitine Palmitoyltransferase I) בממברנה החיצונית, מעביר את קבוצת האציל מ-CoAל-קרניטין, תוך שחרור ה-CoAהחופשי. התוצר הואAcyl-Carnitine. -
מעבר לממברנה הפנימית: ה-
Acyl-Carnitineעובר דרך טרנספורטר (Carnitine-Acylcarnitine Translocase) בממברנה הפנימית של המיטוכונדריה -
העברה חזרה ל-
CoA: האנזיםCPT-IIבצד הפנימי עושה את התהליך ההפוך - מעביר את קבוצת האציל חזרה ל-CoA, ומשחרר קרניטין חופשי שחוזר לציטוזול
חמצון בטא (β-Oxidation)
חמצון בטא הוא תהליך פירוק חומצות שומן במטריקס המיטוכונדריה. השם נובע מכך שהחמצון מתרחש על פחמן בטא (הפחמן השלישי בשרשרת, כאשר פחמן אלפא הוא השני).
ארבעת השלבים במחזור אחד
| שלב | תיאור | תוצר | מקביל במעגל קרבס |
|---|---|---|---|
| 1 | חמצון (Oxidation) | FADH₂ | סוקסינאט ← פומראט |
| 2 | הידרציה (Hydration) | הוספת H₂O | פומראז |
| 3 | חמצון (Oxidation) | NADH | מאלאט ← אוקסלואצטאט |
| 4 | תיאוליזה (Thiolysis) | Acetyl-CoA + Acyl-CoA מקוצר | - |
-
שלב 1 - חמצון ראשון: יצירת קשר כפול בין פחמן α ל-β. הנשא
FADמקבל אלקטרונים ונהפך ל-FADH₂. ה-FADH₂מעביר את האלקטרונים לחלבוןETF(Electron Transfer Flavoprotein) שמזין את שרשרת הובלת האלקטרונים. -
שלב 2 - הידרציה: הוספת מולקולת מים על הקשר הכפול (דומה לפומראז במעגל קרבס). נוצרים סטריאואיזומרים.
-
שלב 3 - חמצון שני: חמצון קבוצת ה-OH לקטון. $\ce{NAD+}$ מקבל אלקטרונים ונהפך ל-
NADHבאמצעות אנזים דהידרוגנאז. ה-NADHמזין את שרשרת הובלת האלקטרונים. -
שלב 4 - תיאוליזה: האנזים תיאולאז חותך את השרשרת ב”חיתוך בטא”, משחרר
Acetyl-CoA(2 פחמנים) ומותיר שרשרתAcyl-CoAמקוצרת.
סיכום מחזור אחד
בכל מחזור של חמצון בטא מתקצרת שרשרת חומצת השומן ב-2 פחמנים, ונוצרים:
- מולקולת Acetyl-CoA אחת (נכנס למעגל קרבס)
- מולקולת $\ce{FADH2}$ אחת
- מולקולת $\ce{NADH}$ אחת
פירוק חומצות שומן אי-זוגיות
חומצות שומן עם מספר אי-זוגי של פחמנים (רלוונטי במיוחד בתינוקות) עוברות חמצון בטא רגיל, אך במחזור האחרון נשארת יחידה של 3 פחמנים במקום 2.
יחידה זו היא Propionyl-CoA שדורשת שלוש תגובות נוספות להמרתה ל-Succinyl-CoA שיכול להיכנס למעגל קרבס.