La oxidación beta o β-oxidación es un proceso catabólico en
él que los ácidos grasos sufren remoción de un par de átomos de carbono en cada
ciclo de la oxidación hasta el ácido graso se descompone por completo en forma
de moléculas acetil-CoA. Estas pueden ingresar en el ciclo de Krebs, y las
coenzimas reducidas NADH y FADH2 sirven como donadores de electrones en la
cadena respiratoria. La oxidación beta tiene lugar en la matriz interior de las
mitocondrias y se compone de 4 pasos por ciclo.
DESCUBRIMIENTO BETA OXIDACION
La oxidación de los ácidos grasos, fue descrita en 1904 por
Franz Knoop, quien utilizó por primera vez marcadores químicos como trazos en
las vías metabólicas. El experimento de Knoop consistió en alimentar perros con
ácidos grasos marcados en el Cw (último, contrario al carbono carboxílico), con
un anillo de benceno. Los productos metabólicos de estos ácidos grasos que
contenían al grupo fenilo, fueron aislados en la orina de los animales. Los
perros alimentados con ácidos grasos marcados de cadenas pares excretaban en la
orina ácido hipopúrico, la glicina amida del ácido benzoíco, por el contrario,
aquellos que fueron alimentados con ácidos grasos de cadenas nones, excretaban
ácido fenilacetúrico, la glicina amida del ácido fenilacético
Knoop dedujo que la oxidación de los ácidos grasos ocurre
en la posición b referente al grupo carboxilo. De no ser así, el ácido
fenilacético sería oxidado hasta ácido benzoíco. Propuso por tanto que
esta ruptura ocurre gracias a un
mecanismo denominado b oxidación en la cual el carbono b es oxidado. Fue hasta
1950 con el descubrimiento de la coenzima A (CoA), que fue posible aislar y
caracterizar las enzimas involucradas en el proceso. Con estos resultados, se
verificó la hipótesis de Knoop.[1]
ACTIVACIÓN DEL ÁCIDO GRASO
Antes de que la oxidación beta puede ocurrir, los ácidos
grasos necesitan ser activados, es decir reciben "más energía" a
través de la unión a la Coenzima A (HSCoA). La reacción del ácido graso con la
coenzima A para formar Acil-CoA la cataliza la enzima Acil-CoA-sintetasa (en la
imagen naranja) que se encuentra en la membrana externa de la mitocondria.
(Recordamos que las mitocondrias son rodeadas por dos membranas lipídicas
dobles, mientras que las células disponen de una capa solamente.)
Transporte al interior de la mitocondria
La propia oxidación beta se efectua en el interior de la
mitocondria, es decir en la matriz. Para transportar los ácido grasos (rojo) a
la matriz se precisa alguna molécula transportadora ya que la Coenzima A no
puede pasar la membrana interior. Para ello, el ácido graso es transferida a un
aminoácido llamado carnitina (verde) a través de la carnitina
palmitoiltransferasa I que a su vez libera la CoA al exterior.
En la membrana mitocondrial interior se encuentra la
carnitina palmitoiltransferasa II que efectúa este proceso al revés: transfiere
el resto acil de la carnitina a otra Coenzima A, pero esta vez en la matriz
mitocondrial.
LA BETA OXIDACIÓN
La β-oxidación consiste en 4 pasos cuyos productos finales
son una molécula de acetil-CoA que ingresa en el ciclo de Krebs como parte de
la respiración celular, y una molécula de acil-CoA que ahora es 2 átomos de
carbono más corta que antes. Además se producen una molécula de FADH2 y una de
NADH/H+ que ingresan en la cadena respiratoria para obtención directa de ATP.
El ácido graso recurre estas 4 reacciones tantas veces que
sea necesario; es decir hasta que se descompone por completo en forma de
moléculas acetil-CoA. En cada ciclo pierde un par de átomos de carbono, por lo
que depende del largo de la cadena alifática del ácido graso cuántos acetil-CoA
se obtienen a través de él.
(1) Oxidación. La enzima acil-CoA-deshidrogenasa forma un
doble enlace en el acil-CoA entre el átomo C-2 (carbono α) y el átomo C-3
(carbono β). Como agente oxidante sirve el FAD.
(2) Hidratación del doble enlace entre C-2 y C-3 por la
enzima enoil-CoA-hidratasa.
(3) Oxidación. La enzima hidroxiacil-CoA-deshidrogenasa
convierte el grupo hidroxilo (–OH) en un grupo cetona (=O). Como agente
oxidante sirve esta vez NAD+.
(4) Tiólisis. Este paso consiste en 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, reacción que es catalizada por una tiolasa
Por
cada ciclo, se forma una molécula de FADH2, una de NADH y una de acetil-CoA.[2]
BALANCE ENERGÉTICO PRODUCCIÓN DE ATP EN LA BETA- OXIDACIÓN
7 MOLÉCULAS DE FADH 2 2 ATP X 7= 14 ATP
7 MOLÉCULAS DE NADH 3 ATP X 7= 21 ATP SUBTOTAL 35 ATP
8 MOLECULAS ACETIL CoA 12ATP X 8= 96 ATP SUBTOTAL = 131 ATP
OXIDACIÓN DE PALMITATO A PALMITOIL CoA = - 2 ATP TOTAL 129 ATP
CUERPOS CETÓNICOS
El hígado posee la capacidad enzimática de derivar parte
del acetil-CoA procedente de la β-oxidación de los ácidos grasos (oxidación ya
que proporciona energía, β porque el
carbono que se oxida es el segundo de la cadena, empezando a contar por el
extremo carboxílico) o del ácido pirúvico, sobre todo en períodos de excesiva
formación de acetil-CoA, hacia la producción de ácido acetoacético,
transportado por la sangre hacia los tejidos periféricos.
El ácido acetoacético, la acetona y el ácido
3-hidroxibutírico, sintetizado a partir del acetil-CoA, son los llamados
cuerpos cetónicos.
FORMACIÓN DE CUERPOS CETÓNICOS
• El acetacetato se forma a partir de acetil-CoA en tres
etapas:
1. Condensación de dos moléculas de acetilCoA para formar
acetoacetil-CoA, reacción catalizada por la tiolasa. Es la etapa inversa de la
tiolisis en la β-oxidación de los ácidos grasos.
2. Formación de 3-hidroxi-3-metil-glutaril-CoA (HMG-CoA) a
partir de acetoacetil-CoA, acetil-CoA y agua. Condensación catalizada por la
hidroximetilglutaril-CoAsintasa, que es similar a la catalizada por el enzima
citrato sintasa. Esta reacción es impulsada gracias a
la ruptura del enlace tioester del acetil-CoA
3. Escisión del 3-hidroxi-3-metil-glutaril-CoA en
acetacetato y acetil-CoA, catalizada por la hidroximetilglutaril liasa.
La suma de estas tres etapas seria: 2 Acetil-CoA + H2O
acetacetato + 2 CoA-SH + H+ acetacetato puede ser posteriormente reducido a
3-hidroxibutirato en la matriz mitocondrial por la D-3-hidroxibutirato
deshidrogenasa. La proporción de hidroxibutirato/oxalacetato depende de la
proporción NADH/ NAD+ en la mitocondria.
Al tratarse de un β-cetoácido, acetacetato también puede
descarboxilarse lenta y espontáneamente a acetona, que puede ser detectada en
el aliento de una persona que tenga una concentración alta de acetacetato en sangre.
Hígado es el principal tejido donde se producen acetacetato
y 3-hidroxibutirato, que difunden desde la mitocondria hepática a la sangre y
son transportadas a los tejidos periféricos. Y aunque en un principio se
consideraban como productos de degradación de escaso valor fisiológico,
posteriores investigaciones han revelado que estos derivados del acetil-CoA son
combustibles importantes en el metabolismo energético.[3]
REFERENCIAS
[1] Dr. Edgar Vázquez . (2003). Química
y Biología molecular. 24 marzo 2016, de UNAM
SitioWeb:http://laguna.fmedic.unam.mx/~evazquez/0403/oxidacion%20acidos%20grasos1.html
[2] Prof. Doutor Pedro
Silva, The chemical logic behind... fatty
acid metabolism. Universidade Fernando
Pessoa, Portugal
[3] Francisco
Marco. (2015). Oxidación de los ácidos
grasos. 24 marzo 2016, de Departamento de Bioquimica y Biología Molecular.
Sitio web: http://www.uv.es/marcof/Tema20.pdf
Podrá consultar la presentación ppt de este tema en:
