Karnityna

(kwas β-hydroksy-γ-N-trimetyloaminomasłowy)

- jest zmodyfikowanym aminokwasem, szeroko rozpowszechnionym w organizmie (obficie występuje w mięśniach)

- działa jako przenośnik reszt długołańcuchowych kwasów tłuszczowych przez wewnętrzną błonę mitochondrialną (krótko- i średniołańcuchowe przenikają do wnętrza mitochondrium niezależnie od karnityny)

- naturalna karnityna jest L-izomerem i tylko L-karnityna wywiera działanie biologiczne

- synteza - odbywa się w wątrobie i nerkach z lizyny i metioniny:

• lizyna jest modyfikowana przez przyłączenie 3 grup metylowych z S-adenozylometioniny

• grupy metylowe wiążą się z grupą ε-aminową lizyny - powstaje ε-N-trimetylolizyna

• węgiel β ε-N-trimetylolizyny jest hydroksylowany przez dioksygenazę w obecności Fe²⁺ i O₂

• β-hydroksy-ε-N-trimetylolizyna rozpada się na glicynę i na aldehyd γ-N-trimetyloaminomasłowy

• grupa aldehydowa aldehydu γ-N-trimetyloaminomasłowego jest utleniana do grupy karboksylowej przy udziale dehydrogenazy zależnej od NAD⁺, a węgiel β jest hydroksylowany przez dioksygenazę w obecności Fe²⁺ i O₂

• powstaje kwas β-hydroksy-γ-N-trimetyloaminomasłowy - czyli karnityna

- mechanizm przenoszenia reszt długołańcuchowych kwasów tłuszczowych z cytosolu do matrix mitochondrium nosi nazwę czółenka karnitynowego (lub mostka karnitynowego):

• palmitoilotransferaza karnitynowa I (acylotransferaza karnitynowa I) katalizuje przeniesienie reszty acylowej na karnitynę - enzym ten jest związany z zewnętrzną błoną mitochondrialną

• powstaje wysokoenergetyczne wiązanie między resztą acylową a karnityną (acylokarnityna)

• acylokarnityna jest przenoszona do matrix za pomocą translokazy karnitynoacylokarnitynowej

• palmitoilotransferaza karnitynowa II (acylotransferaza karnitynowa II) związana z wewnętrzną powierzchnią wewnętrznej błony mitochondrium przenosi resztę acylową na CoA-SH

• uwolniona karnityna wraca do cytozolu

- malonylo-S-CoA (którego stężenie jest wysokie przy nasilonej biosyntezie kwasów tłuszczowych) jest inhibitorem palmitoilotransferazy karnitynowej I - hamuje transport kwasów tłuszczowych do macierzy mitochondrialnej

- inne funkcje karnityny:

• zdolność karnityny do przyłączania grup acylowych pozwala na wypełnianie roli w procesach detoksykacyjnych

• jest donorem grup acylowych w biosyntezie neuroprzekaźnika - acetylocholiny

• utrzymuje w komórce odpowiedni stosunek acetylo-CoA do CoA

- brak palmitoilotransferazy karnitynowej I dotyczy wątroby i powoduje zmniejszenie β-oksydacji i ketogenezy i prowadzi również do hipoglikemii

- brak palmitoilotransferazy karnitynowej II lub niedobór karnityny powoduje niezdolność mięśni do wykorzystywania długołańcuchowych kwasów tłuszczowych jako paliwa, powoduje to osłabienie i bóle mięśni, a także przenikanie mioglobiny z uszkodzonych komórek mięśniowych do krwi (mioglobinemia) i wydalanie jej z moczem (mioglobinuria)

- niedobór karnityny występuje zwłaszcza u noworodków (szczególnie u wcześniaków), spowodowany jest niewystarczającą syntezą lub jej utratą przez nerki. Niedobór może występować również u chorych z acydurią spowodowaną kwasami organicznymi oraz po hemodializie (karnityna wydalana jest w połączeniu z kwasami organicznymi). Objawem niedoboru karnityny są napadowe okresy hipoglikemii wywołane upośledzeniem glukoneogenezy, dochodzi także do zmniejszenia β-oksydacji i ketogenezy. W efekcie stężenie FFA w osoczu jest podwyższone, dochodzi do gromadzenia lipidów i osłabienia mięśni

- źródła karnityny: mięso (wołowina, wieprzowina, drób), mleko, przetwory mleczne, ryby