OXIDAREA BETA A ACIZILOR GRAȘI: ETAPE, REACȚII, PRODUSE, REGLARE - BIOLOGIE - 2025

Oxidarea beta a acizilor grași este traseul catabolismul (degradarea) a acizilor grași, a căror funcție principală este producția sau „eliberarea“ din energia conținută în legăturile acestor molecule.

Această rută a fost descoperită în 1904 datorită experimentelor efectuate de germanul Franz Knoop, care a constat în administrarea, la șobolani experimentali, de acizi grași a căror grupă finală de metil a fost modificată cu o grupare fenil.

Diagrama oxidării beta a acizilor grași (Sursa: Arturo González Laguna prin Wikimedia Commons)

Knoop se aștepta ca produsele de catabolism ale acestor acizi grași „analogici” să urmeze căi similare cu calea de oxidare a acizilor grași normali (nemodificați). Cu toate acestea, el a descoperit că există diferențe în produsele obținute ca funcție a numărului de atomi de carbon ai acizilor grași.

Cu aceste rezultate, Knoop a propus ca degradarea să se producă în „etape”, începând cu un „atac” asupra carbonului β (cel de la poziția 3 în raport cu grupa carboxilă terminală), eliberând fragmente de doi atomi de carbon.

Ulterior s-a arătat că procesul necesită energie sub formă de ATP, care este produs în mitocondrii și că fragmentele a doi atomi de carbon intră în ciclul Krebs sub formă de acetil-CoA.

Pe scurt, oxidarea beta a acizilor grași implică activarea grupării carboxilice terminale, transportul acidului gras activat în matricea mitocondrială și oxidarea „în trepte” cu două trepte de carbon din grupa carboxil.

La fel ca multe procese anabolice și catabolice, această cale este reglementată, deoarece merită mobilizarea acizilor grași „rezervați” atunci când celelalte rute catabolice nu sunt suficiente pentru a satisface cerințele de energie celulară și corporală.

Pași și reacții

Acizii grași sunt predominant în citosol, fie că provin din căile biosintetice sau din depozitele de grăsime stocate din alimentele ingerate (care trebuie să intre în celule).

- Activarea acizilor grași și transportul la mitocondrii

Activarea acizilor grași necesită utilizarea unei molecule de ATP și are legătură cu formarea conjugatelor de acil tioio cu coenzima A.

Această activare este catalizată de un grup de enzime numite ligaze acetil-CoA specifice lungimii lanțului fiecărui acid gras. Unele dintre aceste enzime activează acizii grași, deoarece sunt transportate în matricea mitocondrială, deoarece sunt încorporate în membrana mitocondrială externă.

Activarea acizilor grași (Sursa: Jag123 la Wikipedia Wikipedia prin Wikimedia Commons)

Procesul de activare are loc în două etape, mai întâi producând un acil adenilat din acidul gras activat cu ATP, unde este eliberată o moleculă de pirofosfat (PPi). Grupul carboxil activat de ATP este apoi atacat de grupul tiol al coenzimei A pentru a forma acil-CoA.

Translocarea acil-CoA prin membrana mitocondrială se realizează printr-un sistem de transport cunoscut sub numele de naveta carnitină.

- Oxidarea beta a acizilor grași saturați cu un număr egal de atomi de carbon

Degradarea acizilor grași este o cale ciclică, deoarece eliberarea fiecărui fragment de doi atomi de carbon este urmată imediat de un altul, până la atingerea întregii lungimi a moleculei. Reacțiile care au parte în acest proces sunt următoarele:

- Deshidrogenare.

- Hidratarea unei legături duble.

- Deshidrogenarea unei grupe hidroxil.

- Fragmentarea prin atacul unei molecule acetil-CoA asupra carbonului β.

Reacția 1: prima deshidrogenare

Constă în formarea unei duble legături între α-carbon și β-carbon prin eliminarea a doi atomi de hidrogen. Este catalizată de o enzimă acil-CoA dehidrogenază, care formează o moleculă de trans∆2-enoil-S-CoA și o moleculă de FAD + (cofactor).

Reacțiile 2 și 3: hidratare și deshidrogenare

Hidratarea este catalizată de enoil-CoA hidratază, în timp ce deshidrogenarea este mediată de 3-hidroxiacil-CoA dehidrogenază, iar ultima din urmă depinde de cofactorul NAD +.

Hidratarea trans∆2-enoil-S-CoA dă naștere unui 3-hidroxiacil-CoA, a cărui deshidrogenare produce o moleculă de 3-cetoacil-CoA și o NADH + H.

FADH2 și NADH produse în primele trei reacții de oxidare beta sunt reoxidizate prin lanțul de transport al electronilor, datorită cărora participă la producerea de ATP, 2 molecule pentru fiecare FADH2 și 3 molecule pentru fiecare NADH.

Reacția 4: fragmentarea

Fiecare ciclu de oxidare beta care îndepărtează o moleculă cu doi atomi de carbon se încheie cu clivajul „tiolitic” al carbonului ceto, care este atacat de coenzima A la legătura dintre carbonii α și β.

Această reacție este catalizată de enzima β-cetotiolază sau tiolază, iar produsele sale sunt o moleculă de acil-CoA (acidul gras activat cu doi atomi de carbon mai puțini) și una de acetil-CoA.

- Oxidarea beta a acizilor grași saturați cu un număr impar de atomi de carbon

În acizii grași cu un număr impar de atomi de carbon (care nu sunt foarte abundenți), molecula din ultimul ciclu de degradare are 5 atomi de carbon, astfel încât fragmentarea sa produce o moleculă acetil-CoA (care intră în ciclul de Krebs) și un altul de propionil-CoA.

Propionil-CoA trebuie carboxilat (reacția dependentă de ATP și bicarbonat) de către enzima propionil-CoA carboxilază, formând astfel un compus cunoscut sub numele de D-metilmalonil-CoA, care trebuie să fie epimerizat la forma sa "L".

Oxidarea beta a acizilor grași cu numere impare (Sursa: Eleska prin Wikimedia Commons)

Compusul rezultat din epimerizare este apoi transformat în succinil-CoA prin acțiunea enzimei L-metilmalonil-CoA mutază, iar această moleculă, precum și acetil-CoA, intră în ciclul acidului citric.

- Oxidarea beta a acizilor grași nesaturați

Multe lipide celulare au lanțuri de acizi grași nesaturați, adică au una sau mai multe legături duble între atomii lor de carbon.

Oxidarea acestor acizi grași este puțin diferită de cea a acizilor grași saturați, deoarece două enzime suplimentare, enoil-CoA izomeraza și 2,4-dienoiil-CoA reductază, sunt responsabile de eliminarea acestor nesaturații, astfel încât acești acizi grași poate fi un substrat pentru enzima enoil-CoA hidratază.

Oxidarea beta a acizilor grași nesaturați (Sursa: Hajime7basketball prin Wikimedia Commons)

Enoil-CoA izomeraza acționează asupra acizilor grași monoinsaturați (cu o singură nesaturație), între timp enzima 2,4-dienoil-CoA reductază reacționează cu acizii grași polinesaturați (cu două sau mai multe nesaturații).

- Oxidare extramitochondrială beta

Oxidarea beta a acizilor grași poate apărea și în alte organele citosolice, cum ar fi peroxisomii, de exemplu, cu diferența că electronii care sunt transferați în FAD + nu sunt livrați lanțului respirator, ci direct oxigenului.

Această reacție produce peroxid de hidrogen (oxigenul este redus), un compus care este eliminat de enzima catalază, specifică acestor organele.

Produse de oxidare beta

Oxidarea acidului gras produce mult mai multă energie decât descompunerea carbohidraților. Produsul principal al oxidării beta este acetil-CoA produs în fiecare etapă a porțiunii ciclice a căii, cu toate acestea, alte produse sunt:

- AMP, H + și pirofosfat (PPi), produse în timpul activării.

- FADH2 și NADH, pentru fiecare acetil-CoA produs.

- Succinil-CoA, ADP, Pi, pentru acizii grași cu lanț ciudat.

Oxidarea beta a acidului palmitic (Sursa: ´Rojinbkht prin Wikimedia Commons)

Dacă considerăm ca exemplu oxidarea beta completă a acidului palmitic (palmitat), un acid gras cu 16 atomi de carbon, cantitatea de energie produsă este echivalentă cu mai mult sau mai puțin de 129 molecule de ATP, care provin din cele 7 viraje pe care trebuie să le completeze. ciclul.

Regulament

Reglarea oxidării beta a acidului gras în majoritatea celulelor depinde de disponibilitatea energetică, nu numai că este legată de carbohidrați, ci și de acizii grași.

Animalele controlează mobilizarea și, prin urmare, descompunerea grăsimilor prin stimulii hormonali, care în același timp sunt controlați de molecule precum CAMP, de exemplu.

În ficat, principalul organ de descompunere a grăsimilor, concentrația de malonil-CoA este extrem de importantă pentru reglarea oxidării beta; acesta este primul substrat implicat în calea de biosinteză a acizilor grași.

Când malonil-CoA se acumulează în proporții mari, promovează biosinteza acidului gras și inhibă transportorul mitocondrial sau naveta acil-carnitină. Când concentrația sa scade, inhibarea încetează și oxidarea beta este activată.

Referințe

1. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biochimie (ediția a III-a). San Francisco, California: Pearson.
2. Nelson, DL, & Cox, MM (2009). Principiile biochimiei Lehninger. Ediții Omega (ediția a 5-a).
3. Rawn, JD (1998). Biochimie. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
4. Schulz, H. (1991). Oxidarea beta a acizilor grași. Biochimica et Biophysica Acta, 1081, 109-120.
5. Schulz, H. (1994). Reglarea oxidării de acizi grași în inimă. Recenzie critică, 165–171.
6. Schulz, H., & Kunau, W. (1987). Beta-oxidarea acizilor grași nesaturați: o cale revizuită. TIBS, 403-406.