2) рибофлавин
3) убихинон
4) биотин
Карнитин необходим для переноса длинноцепочечных жирных кислот в матрикс митохондрий, где происходит их β-окисление. Сначала жирная кислота активируется при участии ацил-КоА-синтетазы с образованием ацил-КоА и затратой АТФ. Поскольку длинноцепочечный ацил-КоА не проходит через внутреннюю митохондриальную мембрану, его ацильная группа переносится на карнитин ферментом карнитин-ацилтрансферазой I с образованием ацилкарнитина.
Ацилкарнитин транспортируется через внутреннюю мембрану посредством карнитин-ацилкарнитиновой транслоказы, после чего карнитин-ацилтрансфераза II вновь образует ацил-КоА уже в митохондриальном матриксе. Свободный карнитин возвращается в межмембранное пространство и используется повторно. Поэтому дефицит карнитина, транслоказы или ферментов карнитинового челнока нарушает окисление длинноцепочечных жирных кислот и приводит к энергетическому дефициту, особенно в печени, миокарде и скелетных мышцах.
Рибофлавин является предшественником ФАД и необходим для работы ряда флавопротеинов β-окисления, но не обеспечивает перенос жирных кислот через мембрану. Убихинон участвует в переносе электронов в дыхательной цепи, а биотин — в реакциях карбоксилирования; ни один из них не выполняет функцию карнитинового челнока. При нарушении транспорта жирных кислот типичны гипокетотическая гипогликемия, мышечная слабость, кардиомиопатия или эпизоды рабдомиолиза.
| Звено метаболизма | Основной компонент | Функция | Диагностическое значение нарушения |
|---|---|---|---|
| Активация жирной кислоты | Ацил-КоА-синтетаза, КоА, АТФ | Образование ацил-КоА до его поступления в митохондрию | Нарушение общего этапа утилизации жирных кислот; карнитин непосредственно не заменяет КоА или АТФ |
| Перенос ацильной группы | Карнитин и карнитин-ацилтрансфераза I | Образование ацилкарнитина из длинноцепочечного ацил-КоА | При дефиците CPT I возможны гипокетотическая гипогликемия и повышение свободного карнитина |
| Прохождение через внутреннюю мембрану | Карнитин-ацилкарнитиновая транслоказа | Обмен ацилкарнитина и свободного карнитина через мембрану | Тяжёлые неонатальные кризы, кардиомиопатия, гипокетоз; в тандемной масс-спектрометрии — профиль длинноцепочечных ацилкарнитинов |
| Высвобождение ацил-КоА в матриксе | Карнитин-ацилтрансфераза II | Регенерация ацил-КоА для последующего β-окисления | Миопатическая форма проявляется нагрузочно-индуцированной миалгией и рабдомиолизом; повышаются C16 и C18:1 ацилкарнитины |
| Дефицит карнитина | Свободный карнитин | Субстрат для образования ацилкарнитинов и восстановления транспортного цикла | Снижение свободного карнитина в крови, гипокетотическая гипогликемия, кардиомиопатия или мышечная гипотония |
| β-Окисление | ФАД-зависимые дегидрогеназы | Последовательное расщепление ацил-КоА с образованием ацетил-КоА, НАДН и ФАДН2 | Рибофлавин необходим как источник ФАД, но его роль относится к окислительным реакциям, а не к мембранному транспорту |
| Окислительное фосфорилирование | Убихинон | Перенос электронов от комплекса I и комплекса II к комплексу III дыхательной цепи | Дефекты убихинона нарушают синтез АТФ, но не являются специфической причиной блока карнитинового челнока |
Карнитиновый челнок особенно важен для жирных кислот с длинной углеродной цепью; коротко- и среднецепочечные жирные кислоты могут поступать в митохондриальный матрикс без этого механизма. При подозрении на дефект транспорта оценивают свободный и общий карнитин, профиль ацилкарнитинов методом тандемной масс-спектрометрии, глюкозу, кетоновые тела, креатинкиназу и показатели функции печени. Лечение зависит от причины и может включать ограничение длительного голодания, коррекцию энергетического дефицита и назначение левокарнитина при подтверждённом его дефиците.