α-Oxidation

Die α-Oxidation ist ein alternativer biochemischer Abbaumechanismus für Fettsäuren, der zum Einsatz kommt, wenn die normalerweise angewandte β-Oxidation unmöglich ist. Dies ist der Fall, wenn eine Methylgruppe am Cβ deren 3. Schritt, die Oxidation zum Keton, verhindert. Der Name α-Oxidation bezieht sich darauf, dass das der Carboxygruppe benachbarte Kohlenstoffatom, das Cα, oxidiert wird.

Datei:Phytanic.png

Phytansäure (3,7,11,15-Tetramethylhexadecansäure)

Bei Säugetieren wird nur eine einzige Fettsäure, nämlich Phytansäure, auf diese Weise abgebaut. Diese entsteht durch Oxidation aus Phytol, einem Alkohol, der in veresterter Form in Chlorophyll zu finden ist. Im Gegensatz zu Menschen sind Wiederkäuer in der Lage, diesen Ester während der Darmpassage zu spalten; über deren Fleisch und Milch gelangen geringe Mengen (täglich etwa 100 mg) auch in unseren Körper.

Schrittweiser Ablauf

Aktivierung

Bevor der Abbau beginnen kann, muss die Säure an Coenzym A gebunden werden. Um die notwendige Energie für die Bildung des Thioesters zu liefern, werden zwei Phosphatgruppen von ATP abgespalten:

      CH₃     O                                         CH₃     O
      |      ||     +  HS-CoA  +  ATP  +  H₂O  →        |      ||        +  AMP  +  2 P
C₁₆H₃₂-CH-CH₂-C-OH                                 C₁₆H₃₂-CH-CH₂-C-S-CoA

Abbau in den Peroxisomen

Das Enzym peroxisomale Phytanoyl-CoA-Dioxygenase oxidiert nun das α-C-Atom der Phytansäure in Gegenwart von Ascorbinsäure und Eisen mit molekularem Sauerstoff zum Alkohol - das zweite Sauerstoffatom wird an 2-Oxoglutarat übertragen:

      CH₃     O               O           O                     CH₃     O               O
      |      ||              ||          ||                    |      ||             ||
C₁₆H₃₂-CH-CH₂-C-S-CoA  +  HO-C-CH₂-CH₂-C-C-OH  +  O₂  →  C₁₆H₃₂-CH-CH-C-S-CoA  +  HO-C-CH₂-CH₂-C-OH  +  CO₂
                                    ||                         |                          ||
                                     O                         OH                          O

2-Hydroxyacyl-CoA-Lyase 1 katalysiert die Spaltung in Formyl-CoA und Pristanal; Cofaktoren sind Mg²⁺ und Thiaminpyrophosphat:

      CH₃     O                  CH₃           O
      |      ||                 |              ||
C₁₆H₃₂-CH-CH-C-S-CoA  →  C₁₆H₃₂-CH-C-H  +  H-C-S-CoA
         |                        ||
         OH                       O

Vom Aldehyd, oder, genauer gesagt: von dessen Hydrat wird durch das Enzym Pristanal-Dehydrogenase Wasserstoff abgespalten und an NAD⁺ übertragen:

      CH₃                              CH₃
      |                                 |
C₁₆H₃₂-CH-C-H  +  NAD⁺  +  H₂O  →  C₁₆H₃₂-CH-C-OH  +  NADH + H⁺ 
        ||                               ||
          O                                 O

Very-long-chain-Acyl-CoA-Synthetase aktiviert die Säure erneut; die Energie stammt von ATP:

      CH₃                                            CH₃
      |                                             |
C₁₆H₃₂-CH-C-OH  +  HS-CoA  +  ATP  +  H₂O  →  C₁₆H₃₂-CH-C-S-CoA  +  AMP  +  2 P
        ||                                            ||
         O                                            O

Diese Reaktion ist notwendig, um die entstandene Pristansäure aus den Peroxisomen wieder zurück ins Cytoplasma zu befördern - sie kann in den Mitochondrien durch β-Oxidation vollständig zu 3 Acetyl-CoA, 3 Propionyl-CoA und Isobutyryl-CoA abgebaut werden.

Pathobiochemie

Sind entweder das Enzym peroxisomale Phytanoyl-CoA-Dioxygenase, das die Hydroxylierung am Cα katalysiert, oder Peroxin-7, ein Protein, das dieses Enzym in die Peroxisomen transportiert, defekt, so kann Phytansäure nicht abgebaut werden. Sie reichert sich folglich im Körper an und verursacht ein Refsum-Syndrom genanntes Krankheitsbild. Dauerhafte Heilung gibt es nicht, aber durch eine phytansäurearme Diät kann das Fortschreiten der Krankheit gestoppt werden.