Catabolismo de lípidos: B-oxidación de ácidos grasos saturados.

El catabolismo de algunos glúcidos, como el almidón o el glucógeno, le proporciona a la célula 4 kcal por cada gramo de sustancia, pero están muy hidratados y ocupan mucho espacio. El catabolismo de lípidos aporta a la célula mayor cantidad de energía, 9 kcal por cada gramo de grasa anhidra, por lo que se pueden almacenar más fácilmente.

De hecho, la oxidación de ácidos grasos en algunos tejidos animales proporciona más de la mitad de la energía catabólica.

Hidrólisis de los triacilglicéridos

Los ácidos grasos se almacenan en triacilglicéridos o grasas, que están compuestos de una molécula de glicerol y tres ácidos grasos. Las lipasas se encargan de hidrolizar los triacilglicéridos liberando sus componentes en el tejido adiposo y se transportan a los tejidos que requieren energía donde continuarán su oxidación:

  • Glicerol: se fosforila a glicerol-3-fosfato en una reacción catalizada por la glicerol quinasa. El glicerol-3-fosfato se convierte en dihidroxiacetona-fosfato en una reacción catalizada por la glicerol-3-fosfato deshidrogenasa. A partir de aquí la dihidroxiacetona-fosfato puede entrar en la ruta glucolítica, aunque el destino más habitual es la vía anabólica de la gluconeogénesis.
  • Ácidos grasos: tienen que ser activados, transportados a la mitocondria y oxidados en un proceso que veremos con más detenimiento a continuación.

Activación de los ácidos grasos

Los ácidos grasos no son muy reactivos y para catabolizarlos se unen a la coenzima A en la membrana externa mitocondrial en reacciones catalizadas por acil-CoA sintetasas,

Ácido graso (R(n)-COOH) + ATP + CoA-SH+ H2O  → acil graso-CoA + AMP +  2Pi *

Que el  ATP se hidrolice en AMP y PPi en vez de en ADP y Pi, es el equivalente a que se gasten dos moléculas de ATP.

Transporte a la matriz mitocondrial

La β-oxidación de ácidos grasos tiene lugar en la matriz mitocondrial, así que hay que transportar los acil graso-CoA. La membrana mitocondrial interna es muy impermeable (mas detalles aquí), por lo que los acil grasos de más de 10 carbonos necesitan un sistema de transporte llamado translocasa carnitina aciltransferasa.

La carnitina aciltransferasa I, localizada en la membrana mitocondrial externa, cataliza la transferencia del grupo acil ala carnitina, una translocasa introduce en la matriz mitocondrial la acil-carnitina, la carnitina aciltransferasa II, localizada en la cara interna de la membrana mitocondrial interna, cataliza la reacción inversa y la translocasa devuelve la carnitina al espacio intermembranal.

Este sistema está regulado, ya que la carnitina aciltransferasa I se inhibe con malonil-CoA,  el principal precursor de los ácidos grasos, impidiendo que los procesos de síntesis y degradación se lleven a cabo simultáneamente.

β-oxidación de ácidos grasos

Beta-oxidación by Pisum. Licencia CC
  1. Oxidación por FAD: el acil graso-CoA se oxida en una reacción catalizada por la acil-CoA deshidrogenasa a transΔ2-enoil-CoA, mientras que el FAD se reduce a FADH2.
  2. Hidratación: una enoil-CoA hidratasa incorpora una molécula de H2O entre los carbonos 2 y 3 formando L-3-hidroxiacil-CoA.
  3. Oxidación por NAD+: catalizada por la hidroxiacil-CoA deshidrogenasa, transforma el grupo hidroxilo en carbonilo, produciendo 3-cetoacil-CoA , mientras que el NAD+ se reduce a NADH + H+. El carbono β está oxidado y preparado para escindirse.
  4. Tiólisis: ruptura de los carbonos α y ß liberando una molécula de acetil-CoA. Simultaneamente entre otra Coenzima A formándose un acil graso-CoA con dos carbonos menos que el de partida. Ambas reacciones están catalizada spor la tiolasa.

Hélice de Lynen

La β-oxidación tendrá lugar las veces necesarias para que al final todos los carbonos del ácido graso de partida salgan en forma de acetil-CoA, lo que supone una visión de un ciclo en conocido cómo hélice de Lynen.

  • En los ácidos grasos con un número par de carbonos, el último paso del ciclo se da cuando el acil graso-CoA tiene 4 carbonos que se transformarán en dos moléculas de acetil-CoA.
  • En los ácidos grasos de un número impar de carbonos, en el último paso del ciclo se forma una molécula de propionil-CoA (3C), potencialmente gluconeogénico. El propionil-CoA es también el producto final del metabolismo de algunos aminoácidos y de la degradación de la cadena lateral del colesterol.

Balance global

R(n carbonos)-CoA + FAD + H2O + NAD+ + CoA-SH  → R(n-2 carbonos)-CoA + FADH2 + NADH + H++  acetil-CoA

Las moléculas de acetil-CoA generadas se pueden seguir catabolizando en el ciclo de Krebs. Las moléculas de FADH2 y NADH + H+ ceden los electrones a la cadena de transporte de electrones mitocondrial.

Si tomamos como ejemplo el ácido palmítico, que tiene 16 carbonos, el balance global de su catabolismo completo sería:

Activación

Palmítico(R(16)-COOH) + ATP + CoA-SH → Palmitil-CoA  (R(16)-CoA)+ AMP +  2Pi *+ H2O

7 β-oxidaciones consecutivas:

Palmitoil-CoA + 7 FAD + 7 H2O + 7 NAD++ 7 CoA → 8 acetil-CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+

8 Ciclos de Krebs

8 Acetil-CoA + 16  H2O + 24 NAD++ 8 GDP +8 Pi + 8 FAD → 16 CO2 + 8 CoA + 24 NADH + 24 H+ + 8 GTP + 8  FADH2

Cadena transportadora de electrones

NADH + H+ + ½ O2 → NAD+ + H2O

FADH2 + ½ O2 → FAD + H2O

Fosforilación oxidativa

ADP + Pi → ATP + H2O

Balance de Energía

Si suponemos que por cada molécula de NADH + H+ se producen 2,5 ATP y por cada molécula de  FADH2 se producen 1,5 ATP:

  • La activación consume 2 ATP
  • En la β-oxidación se producen 28 ATP (7×1,5 de FADH2 y 7 x2,5 de NADH)
  • En el ciclo de Krebs se producen 80 ATP (8 GTP, 8 x 1,5de FADH2 y 24 x 2,5 de NADH)

Por cada molécula de ácido palmítico se producen 106 ATP.

Balance de agua metabólica

  • La activación consume 1 H2O
  • En la β-oxidación se consumen 7 H2O
  • El ciclo de Krebs consume 16 H2O
  • La cadena transportadora de electrones genera 46 H2O (15 de FADH2 y 31 de NADH)
  • En la fosforilación oxidativa se producen 100 H2O (15×1,5 de FADH2 y 31×2,5 de NADH)

Por cada molécula de ácido palmítico se producen 122 de H2O.

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