- Passos i reaccions
- - Activació d'àcids grassos i transport cap a la mitocòndria
- - Beta oxidació d'àcids grassos saturats amb un nombre parell d'àtoms de carboni
- Reacció 1: primera deshidrogenació
- Reaccions 2 i 3: hidratació i deshidrogenació
- Reacció 4: fragmentació
- - Beta oxidació d'àcids grassos saturats amb un nombre imparell d'àtoms de carboni
- - Beta oxidació d'àcids grassos insaturats
- - Beta oxidació extramitocondrial
- Productes de la beta oxidació
- Regulació
- referències
La beta oxidació d'àcids grassos és la ruta de l'catabolisme (degradació) dels àcids grassos, que té com a funció principal la producció o la "alliberament" de l'energia continguda en els enllaços d'aquestes molècules.
Aquesta ruta va ser descoberta en 1904 gràcies als experiments realitzats per l'alemany Franz Knoop, que van consistir en l'administració, a rates experimentals, d'àcids grassos el grup metil final havia estat modificat amb un grup fenil.
Esquema de la beta oxidació d'àcids grassos (Font: Arturo González Llacuna via Wikimedia Commons)
Knoop esperava que els productes de l'catabolisme d'aquests àcids grassos "anàlegs" seguissin rutes similars a la ruta d'oxidació dels àcids grassos normals (els naturals no modificats). No obstant això, va trobar que hi havia diferències en els productes obtinguts en funció de l'nombre d'àtoms de carboni dels àcids grassos.
Amb aquests resultats, Knoop va proposar que la degradació ocorria en "graons", començant amb un "atac" a l'carboni β (el de la posició 3 respecte a el grup carboxil terminal), alliberant uns fragments de dos àtoms de carboni.
Posteriorment va ser demostrat que el procés requereix energia en forma d'ATP, que es produeix en les mitocòndries i que els fragments de dos àtoms de carboni ingressen a l'cicle de Krebs com acetil-CoA.
En resum, la beta oxidació d'àcids grassos implica l'activació de el grup carboxil terminal, el transport de l'àcid gras activat cap a la matriu mitocondrial i l'oxidació "escalonada" de dos en dos carbonis des del grup carboxil.
Com molts processos anabòlics i catabòlics, aquesta ruta és regulada, ja que mereix de la mobilització dels àcids grassos de "reserva" quan les altres rutes catabòliques no són suficients per cobrir les demandes energètiques cel·lulars i corporals.
Passos i reaccions
Els àcids grassos estan predominantment al citosol, tant si provenen de les rutes biosintètiques o dels dipòsits de greixos que són emmagatzemades a partir dels aliments ingerits (que han d'ingressar a les cèl·lules).
- Activació d'àcids grassos i transport cap a la mitocòndria
L'activació dels àcids grassos requereix la utilització d'una molècula d'ATP i té a veure amb la formació de conjugats tioésteres d'acil amb el coenzim A.
Aquesta activació és catalitzada per un grup d'enzims trucades acetil-CoA ligases específiques respecte a la longitud de la cadena de cada àcid gras. Algunes d'aquests enzims activen els àcids grassos a mesura que són transportats cap a la matriu mitocondrial, ja que estan embegudes en la membrana mitocondrial externa.
Activació dels àcids grassos (Font: Jag123 at English Wikipedia via Wikimedia Commons)
El procés d'activació ocorre en dos passos, produint-primer un acil adenilat a partir de l'àcid gras activat amb l'ATP, on s'allibera una molècula de pirofosfat (PPi). El grup carboxil activat per l'ATP és després atacat pel grup tiol del coenzim A formant acil-CoA.
La translocació de l'acil-CoA a través de la membrana mitocondri s'aconsegueix gràcies a un sistema de transport conegut com la llançadora de carnitina.
- Beta oxidació d'àcids grassos saturats amb un nombre parell d'àtoms de carboni
La degradació dels àcids grassos és una ruta cíclica, ja que l'alliberament de cada fragment de dos àtoms de carboni és seguida immediatament per una altra, fins a aconseguir la longitud total de la molècula. Les reaccions que tenen part en aquest procés són les següents:
- Deshidrogenació.
- Hidratació d'un doble enllaç.
- Deshidrogenació d'un grup hidroxil.
- Fragmentació per l'atac d'una molècula d'acetil-CoA sobre el carboni β.
Reacció 1: primera deshidrogenació
Consisteix en la formació d'un doble enllaç entre el carboni α i el carboni β per eliminació de dos àtoms d'hidrogen. És catalitzada per un enzim acil-CoA deshidrogenasa, que forma una molècula d'transΔ2-enoïl-S-CoA i una molècula de FAD + (cofactor).
Reaccions 2 i 3: hidratació i deshidrogenació
La hidratació és catalitzada per la enoïl-CoA hidratasa, mentrestant la deshidrogenació és intervinguda per la 3-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa, i aquesta última reacció depèn de l'cofactor NAD +.
La hidratació de l'transΔ2-enoïl-S-CoA dóna origen a un 3-hidroxiacil-CoA, la deshidrogenació produeix una molècula de 3-cetoacil-CoA i un NADH + H
El FADH2 i el NADH produïts en les primeres tres reaccions de la beta oxidació són reoxidados a través de la cadena transportadora d'electrons, gràcies al qual participen de la producció d'ATP, 2 molècules per cada FADH2 i 3 molècules per cada NADH.
Reacció 4: fragmentació
Cada cicle de beta oxidació que elimina una molècula de dos àtoms de carboni finalitza amb la fragmentació "tiolítica" de l'carboni ceto, el qual és atacat per la coenzima A a l'enllaç entre els carbonis α i β.
Aquesta reacció és catalitzada per l'enzim β-cetotiolasa o tiolasa, i els seus productes són una molècula d'acil-CoA (l'àcid gras activat amb dos àtoms de carboni menys) i una d'acetil-CoA.
- Beta oxidació d'àcids grassos saturats amb un nombre imparell d'àtoms de carboni
En aquells àcids grassos de nombre imparell d'àtoms de carboni (que no són molt abundants), la molècula de l'últim cicle de degradació té 5 àtoms de carboni, pel que la seva fragmentació produeix una molècula d'acetil-CoA (que ingressa a el cicle de Krebs) i una altra de propionil-CoA.
El propionil-CoA ha de ser carboxilado (reacció depenent d'ATP i bicarbonat) per l'enzim propionil-CoA carboxilasa, amb el que es forma un compost conegut com D-metilmalonil-CoA, que ha de ser epimerizado a la seva forma "L".
Beta oxidació d'àcids grassos de nombres imparells (Font: Eleska via Wikimedia Commons)
El compost resultant de la epimerización és convertit després en succinil-CoA per acció de l'enzim L-metilmalonil-CoA mutasa, i aquesta molècula, així com l'acetil-CoA, ingressa a el cicle dels àcids cítrics.
- Beta oxidació d'àcids grassos insaturats
Molts lípids cel·lulars tenen cadenes d'àcids grassos amb insaturacions, és a dir, que posseeixen un o més enllaços dobles entre els seus àtoms de carboni.
L'oxidació d'aquests àcids grassos és una mica diferent a la dels àcids grassos saturats, ja que dos enzims addicionals, la enoïl-CoA isomerasa i la 2,4-dienoil-CoA reductasa, s'encarreguen d'eliminar aquestes insaturacions perquè aquests àcids grassos puguin ser substrat de l'enzim enoïl-CoA hidratasa.
Beta oxidació d'àcids grassos insaturats (Font: Hajime7basketball via Wikimedia Commons)
La enoïl-CoA isomerasa actua sobre àcids grassos monoinsaturats (amb una sola insaturació), mentrestant l'enzim 2,4-dienoil-CoA reductasa reacciona amb els àcids grassos poliinsaturats (amb dos o més insaturacions).
- Beta oxidació extramitocondrial
La beta oxidació dels àcids grassos també pot donar-se en l'interior d'altres orgànuls citosólicos com els peroxisomes, per exemple, amb la diferència que els electrons que són transferits a el FAD + no són lliurats a la cadena respiratòria, sinó directament a l'oxigen.
Aquesta reacció produeix peròxid d'hidrogen (l'oxigen és reduït), compost que és eliminat per l'enzim catalasa, específica d'aquests orgànuls.
Productes de la beta oxidació
L'oxidació d'àcids grassos produeix molta major quantitat d'energia que la degradació de carbohidrats. El principal producte de la beta oxidació és l'acetil-CoA produït en cada pas de la porció cíclica de la ruta, però, altres productes són:
- AMP, H + i pirofosfat (PPi), produïts durant l'activació.
- FADH2 i NADH, per cada acetil-CoA produït.
- Succinil-CoA, ADP, Pi, per als àcids grassos de cadena imparell.
Beta oxidació de l'àcid palmític (Font:'Rojinbkht via Wikimedia Commons)
Si considerem com a exemple la beta oxidació completa de l'àcid palmític (palmitat) un àcid gras de 16 àtoms de carbonis, la quantitat d'energia que es produeix és equivalent més o menys a 129 molècules d'ATP, que provenen de les 7 voltes que ha de completar el cicle.
Regulació
La regulació de la beta oxidació d'àcids grassos en la major part de les cèl·lules depèn de la disponibilitat energètica, no només relacionada amb els carbohidrats sinó amb els mateixos àcids grassos.
Els animals controlen la mobilització i, per tant, la degradació dels greixos mitjançant estímuls hormonals, que al mateix temps són controlats per molècules com l'AMPc, per exemple.
En el fetge, el principal òrgan de degradació de greixos, la concentració de malonil-CoA és summament important per a la regulació de la beta oxidació; aquest és el primer substrat compromès en la ruta de biosíntesi dels àcids grassos.
Quan el malonil-CoA s'acumula en grans proporcions promou la biosíntesi d'àcids grassos i inhibeix el transportador mitocondrial o la llançadora acil-carnitina. Quan la seva concentració disminueix, la inhibició cessa i s'activa la beta oxidació.
referències
- Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Bioquímica (3th ed.). San Francisco, Califòrnia: Pearson.
- Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Lehninger Principis de Bioquímica. Edicions Omega (5th ed.).
- Rawn, JD (1998). Bioquímica. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
- Schulz, H. (1991). Beta oxidation of fatty acids. Biochimica et Biophysica Acta, 1081, 109-120.
- Schulz, H. (1994). Regulation of Fatty Acid Oxidation in Heart. Critical Review, 165-171.
- Schulz, H., & Kunau, W. (1987). Beta-oxidation of unsaturated fatty acids: a revised pathway. TIBS, 403-406.