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, tansloca 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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