Β-oksidaatio

β-oksidaatio eli beetaoksidaatio on rasvahappojen aineenvaihdunnan reitti, jossa kehon solut tuottavat ruoan tai rasvasolujen rasvahappoja hapettamalla yleensä energiaa ATP:n muotoon. Reitin nimi tulee siitä, että siinä hapetetaan eli oksidoidaan rasvahappojen β-hiiliä karbonyyleiksi.
β-oksidaatio tapahtuu ihmisten ja monien eläinten solujen mitokondrioissa ja peroksisomeissa. Se ei silti esimerkiksi nisäkkäillä tapahdu punasoluissa, koska näistä mitokondriot poistuvat solukehityksen aikana toisin kuin kaloilta ja ehkä joiltain muiltakin selkärankaisilta. Oksidaatiota ei juurikaan tapahdu myöskään nisäkkäiden hermosoluissa, koska näissä ei tuoteta juurikaan β-oksidaation entsyymeitä. Syytä kumpaankaan solutyypin entsyymipuutokseen ei tiedetä varmuudella.
Kasveilla β-oksidaatio tapahtuu glyoksisomeissa ja peroksisomeissa. Myös kasvien mitokondrioissa voi ehkä tapahtua jossain määrin β-oksidaatiota. Reitillä kasvit tosin tekevät rasvahapoista lähinnä biosynteesin raaka-aineita, eikä energiaa.
Useimmilla sienillä kuten leivinhiivalla β-oksidaatio tapahtuu vain peroksisomeissa.
Rasvahapot ovat usein triglyserideinä kiinni glyserolissa, jota ei käsitellä β-oksidaatiossa. Se hydrolysoituu irti rasvahapoista ja energiaksi mennessään glyseroli menee glyserolikinaasin kautta glyseroli-3-fosfaattina glykolyysiin.
β-oksidaatiolle vaihtoehtoinen reitti on ω-oksidaatio, mutta tämä on nisäkkäillä paljon vähäisempi ja valtaosa rasvahapoista käy läpi β-oksidaation. ω-oksidaatiossa rasvahappoja hapetetaan niiden ketjun pään ω-hiilestä, joka on kauimmainen hiili rasvahapon karboksyyliryhmästä. Reitti tapahtuu selkärankaisilla maksa- ja munuaissolujen endoplasmakalvostoissa ja lähinnä 10–12 hiilen rasvahapoille.

Solukalvon läpäisy

Veressä rasvahapot kuljetaan kylomikroneissa triglyserideinä ja paljon vähemmässä määrin albumiiniin sitoutuneina rasvahappoina.
Ihmisillä kylomikronin apoC-II -lipoproteiini aktivoi verisuonten sisäpintaan (endoteeliin) sitoutuneen lipoproteiinilipaasin, joka hydrolysoi triglyserigit vapaiksi rasvahapoiksi ja glyseroleiksi. Lihassoluissa sisäänotetut rasvahapot päätyvät β-oksidaatioon mitokondrioon päästyään, mutta rasvasoluissa ne lähinnä käsitellään, esteröidään uudelleen ja säilötään rasvakudokseen. Lähes tyhjentyneen kylomikronin jäämät kulkevat veressä maksaan, jossa ne käsitellään vereen vapautuviksi VLDL:iksi. Nämä kuljettavat loput rasvahapoista rasvasoluihin.
Ihmisillä glukagonin ja epinefriinin sitoutuminen rasvasolujen pinnalle saa cAMP kautta PKA:n fosforyloimaan perilipiini A:n. Tämä kuljettaa rasvasolun pinnalle hormoniherkän lipaasin, joka hydrolysoi rasvasolun triglyseridejä vapauttaen vereen vapaita rasvahappoja. Rasvahapot eivät liukene vereen sellaisenaan. Siksi ne ensin sitoutuvat vesiliukoiseen albumiiniin, joka sitoo jopa 7 rasvahappoa kerralla. Tähän sitoutuneena ne kelkevat veren mukana lähinnä lihassoluille.

Peroksisomioksidaatio

Mitä pidempiä rasvahappojen hiiliketjut ovat, sitä suuremmassa määrin niiden hapetus tapahtuu peroksisomeissa. Näissä hapetaan pääasiassa lähinnä yli 20 hiilen rasvahappoja, ja ketjujen lyhentyessä tarpeeksi hapetus siirtyy normaalisti lopulta kokonaan takaisin mitokondrioon, jossa se etenee loppuun asti.
Rasvahapot hapetetaan peroksisomeissa samoin reaktioin kuin mitokondrioissa, mutta osin eri entsyymein. Peroksisomit käsittelevät jopa 26 hiilen rasvahappoja (kuten keroottihappo) ja haarautuneita rasvahappoja, kuten fytaanihappoja ja pristaanihappoja. Fytaanihapon täytyy tosin ensin muuntua peroksisomin α-oksidaatiossa pristaanihapoksi, joka voi käydä läpi β-oksidaation.
Peroksisomissa ei dehydrausvaiheessa muodostu ATP:tä sillä FADH₂ vedyt siirretään hapelle O₂ ja saadaan vetyperoksidia (H₂O₂). Tämä on soluja vaurioittava hapetin ja siitä tulee päästä eroon, joten katalaasi muuntaa sen pian vedeksi. Reaktiossa muodostuu lämpöä. Hapetuksessa muodostuu kuitenkin NADH:ta, joka kuljetetaan mitokondrioon ATP tuottoon.

3-cis

Esimerkiksi linolihappo (18:2 9,12-cis) sisältää 3-cis -sidoksen β-oksidaation edettyä kyllin pitkälle.
3-cis -sidosta ihmiset eivät voi hydratoida saatavilla olevin entsyymein, joten sen muuntaa 2-trans -sidokseksi 3,2-trans-enoyyli-CoA-isomeraasi (EC 5.3.3.8):
Sitten enoyyli-CoA-hydrataasi hydratoi trans-sidoksen kuten tyydyttyneiden rasvahappojen kohdalla ja β-oksidaatio tapahtuu ainakin kerran.
Luonnon monityydyttymättömissä rasvahapoissa cis-kaksoissidokset ovat tosin lähes poikkeuksetta kahden yksöissidoksen päässä toisistaan kuten vaikka linolihapossa. Siksi ensimmäisen kaksoissidoksen käsittelyn jälkeisen yhden β-oksidaatiokierroksen ja asyyli-CoA-dehydrogenaasin dehydrauksen jälkeen rasvahapossa on konjugoidut 2-trans- ja 3-cis -sidokset. 2,4-dienoyyli-CoA-reduktaasi (EC 1.3.1.34) pelkistää nämä sidokset NADPH avulla yhdeksi 3-trans -sidokseksi:
3,2-trans-enoyyli-CoA-isomeraasi muuntaa tuotteen kaksoissidoksen taas 2-trans -sidokseksi josta tuote menee β-oksidaation hydrataatiovaiheeseen.
Alla on kuvattu linolihapon loppuun asti etenevä β-oksidaatio, johon kaikki edellä kuvatut entsyymit osallistuvat.

2-trans

Esimerkiksi linoelaidiinihappo (18:2 9,12-trans) sisältää 2-trans -sidoksen β-oksidaation edettyä ensimmäisestä kaksoissidoksesta seuraavaan.
Jos transrasvassa on 2-trans -sidos, enoyyli-CoA-hydrataasi hydratoi sidoksen ihmisillä ja reaktiot tästä eteenpäin jatkuvat normaalisti (katso Mitokondrio-oksidaatio). Muodostuu S- eli L-isomeeri:

3-trans

Esimerkiksi elaidiinihappo (18:1 9-trans) sisältää 3-cis -sidoksen β-oksidaation edettyä kyllin pitkälle.
Jos trans-sidos on C3-4 välissä, 3,2-trans-enoyyli-CoA-isomeraasi siirtää ihmisillä sidoksen yhdellä hiilellä eteenpäin ja enoyyli-CoA-hydrataasi jatkaa tästä kuten yllä (2-trans osio). Isomeraasin reaktio on:

Hiililtään parittomat rasvahapot

Valtaosassa ruoan ja luonnon rasvahapoista ei ole paritonta lukumäärää hiiliä, kuten vaikka margariinihapossa (17:0) on, mutta keho pystyy hajottamaan näitäkin.
Rasvahapon yksöis- ja kaksoissidokset hajotetaan tapauskohtaisesti tässä artikkelissa kuvatuin tavoin kunnes jäljellä on 3 hiilinen propionihappo tioesteröitynä propionyyli-CoA:ksi. Ihmisillä propionyyli-CoA-karboksylaasi liittää hiilidioksidin propionyylin C2:teen eli karboksyloi sen. Muodostuu S-metyylimalonyyli-CoA. Metyylimalonyyli-CoA-rasemaasi muuttaa tämän R-metyylimalonyyli-CoA:ksi. Metyylimalonyyli-CoA-mutaasi muuttaa tämän sukkinyyli-CoA:ksi, joka menee sitruunahappokiertoon. Reaktio on:

Konjugoidut rasvahapot

Konjugoiduissa rasvahapoissa kuten rumeenihapossa (18:2 9-cis,11-trans) on vähintään kaksi kaksoissidosta, joita erottaa yksi yksöissidos kahden sijaan, kuten tyydyttymättömissä rasvahapoissa yleensä. Kaksoissidokset ovat siksi konjugoituneet ja niistä ei-kumpikaan, toinen tai molemmat voivat olla trans-sidoksia loppujen ollessa cis-sidoksia.
Δ3,5Δ2,4-dienoyyli-CoA-isomeraasi (EC 5.3.3.21) käsittelee ihmisillä 3,5-dienoyyli-CoA:n, jossa on 3-trans- ja 5-cis -sidokset. Muodostuu (2E,4E)-dienoyyli-CoA, jossa on C2-3 ja C4-5 välillä konjugoituneet trans-sidokset. Reaktio on:
2,4-dienoyyli-CoA-reduktaasi käsittelee tuotteen kuten alla ja tätä seuraava reaktio on 3,2-trans-enoyyli-CoA-isomeraasilla (katso 3-cis).