صيغة الكارنيتين اليساري، بيتا - هيدروكسي - غاما -N ثلاثي ميثيل أمينو حمض البوتيريك اليساري، هي CH₃)₃ N⁺-CH2-CH(OH) -CH₂-COOH])، وهو أحد مكوّنات لحوم الحيوانات العليا؛ ومشتقات الحليب واللحم الأحمر هي أغنى مصادره على الإطلاق.

التوافر والتوزع

ليس الكارنيتين مغذية ضرورية في غذاء الإنسان البالغ ويمكن تخليقه في الأنسجة (الشكل 1) ،وإن كان غير معروف ما إذا كان هذا التخليق كافياً للمتطلبات أم لا. والأفراد المعتمدون في غذائهم على الحبوب (منخفضة الكارنيتين) يستطيعون الحفاظ على تراكيز للكارنيتين في البلازما مماثلة لتلك الموجودة عند من يكون الكارنيتين الغذائي متوافراً لهم بسهولة.

يُشتَقُ الكارنيتين من الليزين، الحمض الأميني محدود الكمية في الغذاء، والميثيونين. يمنح الشكل الفعال من الميثيونين (S- أدينوزيل الميثيونين SAM) مجموعات الميثيل للمثيلة الثلاثية الإنزيمية لثمالة ليزيل مرتبطة بالببتيد (الشكل 1) والبروتينات التي تحوي ثمالات ثلاثي ميثيل الليزين تشمل الهيستونات والسيتوكروم C والميوزين والكالموديولين. يتحرر ثلاثي ميثيل الليزين من الببتيد ليخضع لسلسلة من التفاعلات تُفضي إلى تشكيل الكارنيتين وتتطلب وجود بعض التمائم الإنزيمية والحديد والأسكوربات وألفا كيتو الغلوتارات (إنزيمات الهيدروكسيلاز) والإنزيم المهم في هذا السبيل هو غاما -هيدروكسيلاز بيوتيرو البيتين الموجود عند البشر في الكبد والكلية لكن ليس في العضلات الهيكلية أو القلب، ويعتمد نشاطه على العمر، ويصل في الكبد إلى قيمه عند البالغين في عمر 15 سنة.

تحوي العضلات الهيكلية عند البشر أكثر من 90% من إجمالي الكارنيتين الموجود في الجسم. ويصل تركيزه فيها إلى نحو 70 ضعفاً منه في البلازما. أما مدة تقلب الكارنيتين في العضلات الهيكلية والقلبية فهي 8 أيام تقريباً، وفي الأنسجة الأخرى (الكبد والكلية بشكل رئيس) 12 ساعة، وفي السائل خـــارج الخلايا 1 ساعة، وفي كامل الجسم 66 يوماً. ويتم الحفاظ على الكارنيتين عند الإنسان بوساطة إعادة الامتصاص الكلوي.

يحوي حليب البشر نحو 28-95 نانومول من الكارنيتين في كل مل، وتحتوي مستحضرات الحليب على الكارنيتين إلا المحضرة من بروتينات فول الصويا أو الكازين.

الشكل (1) تخليق الكارنيتين والوظيفة الرئيسة له (تشكيل أسيل الكارنيتين لنقل مجموعات الأسيل عبر الأغشية البيولوجية، وخصوصاً المتقدرات خلال أكسدة هذه الحموض لإنتاج الطاقة).

الوظيفة

يلعب الكارنيتين دوراً محورياً في نقل الحموض الدهنية طويلة السلسلة إلى مطرس المتقدرات حيث تحدث أكسدتها لإنتاج الطاقة، فأغشية المتقدّرات الداخلية غير نفوذة لهذه الحموض التي لا يمكنها عبور هذه الأغشية إلا بعد ارتباطها بالكارنيتين وتحولها إلى أسيل الكارنيتين (الشكل 1).

إن الغلوكوز هو الوقود الاستقلابي الرئيس للجنين، وعند الولادة يتحول الرضيع إلى الشحميات كمصدر رئيس للطاقة حيث تزداد سريعا تراكيز الحموض الدهنية الحرة وبيتا- هيدروكسي البوتيرات في الدم بسبب إطلاق تلك الحموض من النسيج الشحمي. وتصبح الحموض الدهنية هي الوقود المفضل للقلب والعضلات الهيكلية مما يجعل من الكارنيتين تميماً عاملاً مهماً لإنتاج  الطاقة.

 كما يلعب الكارنيتين دور دارئة تمنع زيادة الحموض العضوية في المتقدرات حيث تجري العديد من التفاعلات التي ينجم عنها تشكيل إسترات التميم (أ) مع الحموض العضوية قصيرة السلسلة ومتوسطة السلسلة ومتفرعة السلسلة. يمكن أسترة هذه الحموض العضوية مع الكارنيتين بغية نقلها إلى خارج المتقدرات وتحرير التميم (أ) ليشارك في السبل المتقدرية الأخرى كدورة كرييس المهمة جداً في إنتاج الطاقة. ورغم قلة هذا الدور في الأوضاع السوية، فهو يصبح مهماً في الحالات غير السوية، حيث يزداد خلال الكرب إنتاج تلك الإسترات.

 وقد يكون الإفراغ الكلوي لإسترات الكارنيتين آلية للتخلص من الكميات الزائدة من الحمـــوض العضوية ذات السلسلة القصيرة أو المتوسطة.

العوز

قد يكون التخليق الحيوي للكارنيتين عند المولودين حديثاً ناقصاً بسبب النقص النسبي لنشاط إنزيم غاما- هیدروکسیلاز بيوتيرو البيتين الكبدي. وقد يكون عوز الكارنيتين:

1- خلقياً كما في نقص القبط الخلوي للكارنيتين في العضلات أو نقص عود امتصاصه الكلوي او  نقص الجمل الإنزيمية المساهمة في نقل الأسيل بين التميم (أ) والكارنيتين.

2-  مكتسباً ثانوياً لأمراض مثل قصور الكبد (نقص التخليق) أو الكلية (زيادة إطراح) أو سوء الهضم والامتصاص أو التحال (يترافق غسيل الكلية مع زيادة إطراح الكارنيتين) أو الداء السكري.

 3 - تغذوياً كما في سوء التغذية أو التغذية النباتية الصرفة أو التغذية الوريديـــة للرضع أو استخدام مستحضرات الحليب المحضرة من بروتينات فول الصويا أو الكازين لإرضاع الأطفال.

4- ناجماً عن زيادة المتطلبات كما في الحمل والعداوى الوخيمة والرضوض والحروق (أشكال الكرب المختلفة).

5 - مترافقاً مع بيلة الحموض العضوية كما هو الحال في عوز نازعة هيدروجين أسيل التميم (أ) ذي السلسلة الطويلة والمتوسطة وبيلة حمض الإيزوفاليريك وفرط حمضي البروبيونيك وميثيل المالونيك في الدم وعوز نازعة هيدروجين أسيل التميم (أ) ذي السلسلة القصيرة.

وفي هذه الحالات كلها تنخفض إمكانية استخدام الحموض الدهنية كمصدر للطاقة في الأنسجة العضلية والقلبية مما يؤدي إلى ضعف عضلي وتراكم الشحم في العضلات، وقد تترقى الحالة إلى اعتلال عضلي وقصور قلبي. أما في الكبد فتنقص أكسدة الحموض الدهنية مما يؤدي إلى نقص قدرتــــه على استحداث الغلوكوز (يحصل الكبد على الطاقة اللازمة لهذه العملية من أكسدة الحموض الدهنية) في حالات الصيام ما يؤدي إلى نوب نقص سكر الدم عند الصيام .كما تتراكم الحموض الدهنية في الكبد فيحولها إلى ثلاثيات أسيل الغليسيرول بكميات أكبر بكثير من قدرته على تصديرها (على شكل VLDL) فتتراكم فيه ما يقود إلى تشحم الكبد الذي قد يتطور إلى التليف فالتشمع في الحالات الوخيمة. وقد يتأثر الدماغ أيضاً بسبب نقص سكر الدم وقد يحدث اعتلال الدماغ الاستقلابي. كمــــا تفقد المتقدرات الوظيفة الدارئة للكارنيتين وتتراكم الحموض العضوية بما فيها المتفرعة.