Extra-mitochondriale Umwandlung von Acyl-Carnitin zu Acyl-CoA

Normalerweise werden Fettsäuren in Form von Acyl-CoA in einer von Carnitin-Palmitoyltransferase I (CPT1), die auch als Carnitin-Acyltransferase I bekannt ist, katalysierten Reaktion in Acyl-Carnitin umgewandelt. Dadurch können sie von einer Translokase über die innere Mitochondrienmembran transportiert werden Das Acyl-CoA wird in einer chemisch identischen Reaktion regeneriert, die jedoch von einem anderen Enzym, der Carnitin-Palmitoyltransferase II (CPT2), katalysiert wird.

Aufgrund von Beobachtungen, die ich gemacht habe (siehe unten), möchte ich wissen, ob Acylcarnitin, das nicht in die Mitochondrien gelangt ist – entweder im Zytosol oder im Blut/Plasma vorhanden – wieder in Acyl-CoA umgewandelt werden kann, ohne in die Mitochondrien zu gelangen?

Tritt im Wesentlichen eine Reaktion wie die durch CPT2 katalysierte außerhalb der inner-mitochondrialen Matrix auf?

Ausarbeitung

Ich studiere Plasmametaboliten. Während des Fastens kommt es aufgrund der erhöhten Fettverwertung/Beta-Oxidation zu einem Anstieg der Plasma-Acylcarnitine. Wenn das Fasten gebrochen wird, sollen Acylcarnitine normalerweise abfallen. Seltsamerweise erleben manche Menschen 0-30 Minuten nach dem Essen einen Anstieg der Plasma-Acylcarnitine – aber dann fallen sie nach 30 Minuten ab. Ich bin verwirrt, da 30 Minuten nach der Nahrungsaufnahme immer noch erhöhte zirkulierende Insulinspiegel vorhanden sind und immer noch daran arbeiten sollten, den Großteil der Fettsäureoxidation zu hemmen – dennoch existiert der seltsame Anstieg und dann Abfall der Acylcarnitine nach 30 Minuten Nahrungsaufnahme immer noch.

Also bleibt mir die Frage, gibt es einen anderen Weg, auf dem Acylcarnitine außerhalb der Mitochondrien wieder in Acyl-CoA umgewandelt werden? Kurz gesagt, wie erinnert sich die Zelle an Fettsäuren, die für die Mitochondrien bestimmt sind?

Dies ist eine ziemlich präzise Frage in einem spezialisierten biochemischen Bereich, erscheint mir aber ziemlich seltsam. Gibt es einen Grund zu fragen? Wenn Sie etwas genauer erklären können, ist es wahrscheinlicher, dass Ihnen jemand helfen kann. Im Moment kann ich nur zusammenfassen, was ich aus Standardwerken der Biochemie entnehmen kann.
@David Ich habe die Frage aktualisiert, um Ihren Kommentar widerzuspiegeln. Ich verstehe, dass dies eine schwierigere Frage ist, es gibt nicht viel Forschung darüber, aber ich hatte gehofft, dies hier draußen zu werfen, um zu sehen, ob jemand etwas gehört hat oder mich in eine Richtung weisen kann, in der ich weiter recherchieren kann. Was die Merkwürdigkeit der Fragen betrifft, handelt es sich im Grunde genommen um einen Einführungsstoffwechsel (Beta-Oxidation) mit einer Wendung.
Ihre Klarstellung war hilfreich, und nach einem ersten Versuch einer Antwort habe ich Ihre Frage geändert, um die Hintergrundbiochemie für alle bereitzustellen, die damit nicht vertraut sind.

Antworten (1)

  1. Die Einführung in Ann NY Acad Sci. (2004) 1033:17–29 listet die verschiedenen Carnitin-Acyltransferasen auf und erwähnt CPT-1a, CPT-1b, CPT-1c (gewebespezifisch), gibt aber an, dass es beim Menschen nur ein einziges CPT-2 gibt. Es scheint keine andere Variante zu geben, daher würde die extra-mitochondriale Umwandlung von Acylcarnitin in Acyl-CoA eine posttranslationale Variante von CPT-2 oder CPT-1 erfordern, die in umgekehrter Richtung arbeitet.

  2. Die Diskussion des Carnitinstoffwechsels in Berg et al. , Abschnitt 22 , impliziert, dass die Reaktion nahe am Gleichgewicht ist. Wenn die Konzentrationen von Substrat und Produkt geeignet wären, wäre es daher thermodynamisch möglich, dass CPT-1 in der umgekehrten Richtung arbeitet.

  3. Thermodynamisch möglich bedeutet nicht unbedingt enzymatisch möglich. Ich bin mit kinetischen Studien zu CPT-1 und CPT-2 nicht vertraut, stelle mir aber vor, dass CPT-1 eine höhere Affinität für Acyl-CoA und Carnitin hat als für das Produkt Acyl-Carnitin, und dass die umgekehrte Situation für CPT-2 gilt. Ich stelle mir vor, dass die Fähigkeit von CPT-1 (oder einer bestimmten Isoform), die Rückreaktion unter physiologischen Umständen zu katalysieren, von seinem Km für Acylcarnitin und der Konzentration des letzteren abhängen würde. Es könnte sich lohnen, zu sehen, welche kinetische Analyse durchgeführt wurde.

  4. Die „angemessene“ Situation für (2) könnte sein, wenn etwas die Verwendung von Acylcarnitin in den Mitochondrien von „Ziel“-Zellen verhindert.

  5. Wenn Sie in diesem Bereich arbeiten, wissen Sie besser als ich, dass es verschiedene klinische Zustände und subklinische Zustände (z. B. Fettleibigkeit) gibt, die zu einer abnormalen Verwertung von Acylcarnitin führen. Könnten die ungewöhnlichen Fälle, die Sie beobachten, für solche Personen gelten?

Ich behaupte nicht, dass dies eine vollständige Antwort ist, aber es versucht, die Frage im Hinblick auf Möglichkeiten zu beantworten. Es wurde geändert, seit ich es ursprünglich geschrieben habe.
Großartig, danke, dass Sie die Frage bearbeitet und eine mehr als substanzielle Antwort gegeben haben. Persönlich dachte ich, dass es einen Affinitätsaustausch geben könnte, vielleicht könnte ein kurzkettiges Acyl-Coa ein bevorzugtes Substrat von CPT1 sein und somit Carnitine (irgendwie) aus langkettigen Fettsäuren entfernen, um die Carnitingruppe auf zu wechseln ein kurzkettiges Acyl-Coa. Das ist jedoch nur eine völlig unerforschte Vermutung. Ich arbeite auf dem Gebiet der Metabolomik, aber überraschenderweise ist dies eine unbeantwortete Frage. Aber trotzdem danke nochmal für die informative Antwort.
@Aaron43 — Ich bin froh, dass Sie meine Bemerkungen nützlich fanden. Ich schätze die Schwierigkeit der Interpretation von Metabolomics-Daten. Ein Problem ist, dass die klassische biochemische Stoffwechselforschung aus der Mode kam, weil sie mehr oder weniger abgeschlossen schien und es neuere und spannendere Bereiche gab, die Forschungsgelder verdienten. Aber jetzt, wo die alten Leute weg sind, gibt es einen ernsthaften Mangel an Leuten, die den Stoffwechsel verstehen, um all das neue Omics-Zeug zu interpretieren. Ich sah auch darauf herab, musste es aber in den späteren Phasen meiner Karriere lehren. Habe festgestellt, dass es noch viele interessante Fragen gibt.
lol, die Komplexität und die fast unendliche Anzahl von metabolischen Interpretationen, die von etwas so Einfachem wie Plasmametabolitenkonzentrationen kommen können, lassen das Feld wirklich wie Chaos erscheinen. Selbst bei meiner eigenen Arbeit muss ich manchmal einen Schritt zurücktreten und nur wtf sagen. Ha, aber nochmal danke für die Info.