Oxidación de ácidos grasos

La oxidación de los ácidos grasos es un mecanismo clave para la obtención de energía metabólica (ATP) por parte de los organismos aeróbicos. Dado que los ácidos grasos son moléculas muy reducidas, su oxidación libera mucha energía; en los animales, su almacenamiento en forma de triacilgliceroles es más eficiente y cuantitativamente más importante que el almacenamiento de glúcidos en forma de glucógeno.

La β-oxidación de los ácidos grasos lineales es el principal proceso productor de energía, pero no el único. Algunos ácidos grasos, como los de cadena impar o los insaturados requieren, para su oxidación, modificaciones de la β-oxidación o rutas metabólicas distintas. Tal es el caso de la α-oxidación, la ω-oxidación o la oxidación peroxisómica.

La β-oxidación de los ácidos grasos

La β-oxidación es una secuencia de cuatro reacciones en que se separan fragmentos de dos carbonos desde el extremo carboxilo (–COOH) de la molécula; estas cuatro reacciones se repiten hasta la degradación completa de la cadena. El nombre de beta-oxidación deriva del hecho de que se rompe el enlace entre los carbonos alfa y beta (segundo y tercero de la cadena, contando desde el extremo carboxílico), se oxida el carbono beta (el C3) y se forma acetil-CoA.

La beta-oxidación se produce mayoritariamente en la matriz mitocondrial, aunque también se llega a producir dentro de los peroxisomas.

El paso previo es la activación de los ácidos grasos a acil coenzima A (acil CoA, R–CO–SCoA) grasos, que tiene lugar en el retículo endoplasmático (RE) o en la membrana mitocondrial externa, donde se halla la acil-CoA sintetasa, la enzima que cataliza esta reacción:[1]

R–COOH + ATP + CoASHAcil-CoA sintetasaR–CO–SCoA + AMP + PPi + H2O

El ácido graso se une al coenzima A (CoASH), reacción que consume dos enlaces de alta energía del ATP.

Posteriormente, debe usarse un transportador, la carnitina, para traslocar las moléculas de acil-CoA al interior de la matriz mitocondrial, ya que la membrana mitoncondrial interna es impermeable a los acil-CoA.

La carnitina, también reconocida como vitamina B11, es un aminoácido que participa en el circuito vascular reduciendo niveles de triglicéridos y colesterol en sangre. Se produce naturalmente en el hígado a partir de los aminoácidos L-metionina y la L-lisina.

La carnitina se encarga de llevar los grupos acilo al interior de la matriz mitoncondrial por medio del siguiente mecanismo:

  1. La enzima carnitina palmitoiltransferasa I (CPTI) o también llamada carnitina aciltransferasa I une una molécula de acil-CoA a la carnitina originando la acilcarnitina.
  2. La translocasa, una proteína transportadora de la membrana mitocondrial interna, transloca la acilcarnitina a la matriz mitoncondrial.
  3. La acil-CoA se regenera por la carnitina palmitoiltransferasa II.
  4. La carnitina se devuelve al espacio intermembrana por la proteína transportadora y reacciona con otro acil-CoA.

En la siguiente tabla se sumarizan las cuatro reacciones que conducen a la liberación de una molécula de acetil CoA y al acortamiento en dos átomos de carbono del ácido graso:

Descripción Reacción Enzima Producto final
Oxidación por FAD
El primer paso es la oxidación del ácido graso por la acil-CoA deshidrogenasa. La enzima cataliza la formación de un doble enlace entre C-2 (carbono α) y C-3 (carbono β).
Beta-Oxidation1.svg
acil-CoA deshidrogenasa trans-Δ2-enoil-CoA
Hidratacion
El siguiente paso es la hidratación del enlace entre C-2 y C-3. Esta reacción es estereospecífica, formando sólo el isómero L.
Beta-Oxidation2.svg
enoil CoA hidratasa L-3-hidroxiacil CoA
Oxidación por NAD+
El tercer paso es la oxidación del L-3-hidroxiacil CoA por el NAD+, lo que convierte el grupo hidroxilo (–OH) en un grupo cetona (=O).
Beta-Oxidation3.svg
L-3-hidroxiacil CoA deshidrogenasa 3-cetoacil CoA
Tiólisis
El paso final is la separación del 3-cetoacil CoA por el grupo tiol de otra molécula de CoA. El tiol es insertado entre C-2 y C-3.
Beta-Oxidation4.svg
β-cetotiolasa Una molécula de acetil CoA y una de acil CoA con dos carbonos menos

Los cuatro pasos anteriores constituyen un ciclo de la β-oxidación. Durante cada ciclo posterior se separa un fragmento de 2 carbonos, proceso al que en ocasiones se denomina hélice de Lynen y que continúa hasta que en su último ciclo se rompe una acil-CoA de cuatro carbonos para formar dos moléculas de acetil-CoA. Las moléculas de acetil-CoA se van al ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs) o a la síntesis de isoprenoides.

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