Localización del proceso y destino de los ácidos grasos
La β-oxidación es la ruta catabólica de degradación de los ácidos grasos superiores, que ocurre en prácticamente todas las células que requieren energía. Durante el ayuno o ante una mayor demanda energética, los triacilgliceroles de los adipocitos se hidrolizan y los ácidos grasos liberados se transportan por el torrente sanguíneo hacia los tejidos de consumo.
Al entrar en la célula, los ácidos grasos se encuentran primero en el citoplasma, mientras que las enzimas de la β-oxidación están localizadas en la matriz mitocondrial. La membrana mitocondrial interna es impermeable a los ácidos grasos de cadena larga (de 14 carbonos o más); los de cadena corta (hasta 12 átomos de C) pasan libremente.
Activación y lanzadera de carnitina
Antes de ser transportado, el ácido graso debe ser activado. La reacción es catalizada por la acil-CoA sintetasa con consumo de ATP y la unión de la coenzima A; el producto es el acil-CoA. Es importante no confundir el acil-CoA (residuo de ácido graso) con el acetil-CoA (fragmento de dos carbonos).
La transferencia del resto acilo a la matriz se realiza en tres etapas:
- La carnitina palmitoiltransferasa I (CPT I) en la membrana externa transfiere el acilo desde la CoA hasta la carnitina (por el grupo OH), formando acil-carnitina.
- La translocasa de la membrana interna transporta el acil-carnitina hacia la matriz a favor de su gradiente de concentración.
- La carnitina palmitoiltransferasa II (CPT II) en la matriz devuelve el acilo a la coenzima A mitocondrial; la carnitina libre regresa al espacio intermembranoso.
β-oxidación de ácidos grasos saturados
El nombre del proceso se debe a que las transformaciones químicas afectan al átomo de carbono β (el segundo desde el extremo carboxílico; el primero es el α). En un ciclo, se escinde un fragmento de dos carbonos en forma de acetil-CoA a partir del acil-CoA. El ciclo incluye cuatro reacciones sucesivas:
- Deshidrogenación: la acil-CoA deshidrogenasa forma un doble enlace entre los carbonos α y β; la coenzima FAD se reduce a FADPH₂ (FADH₂).
- Hidratación: la enoil-CoA hidratasa añade agua al doble enlace: H al carbono α, OH al carbono β; se forma el β-hidroxiacil-CoA.
- Deshidrogenación en el carbono β: la β-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa oxida el grupo OH a un grupo ceto; la coenzima NAD⁺ se reduce a NADH.
- Escisión tiolítica: la β-cetotiolasa (β-cetoacil-CoA tiolasa), con la participación de una segunda molécula de coenzima A, escinde el acetil-CoA; el acil-CoA, acortado en dos carbonos, entra en un nuevo ciclo.
El proceso es cíclico: el ácido palmítico (16 C) produce 8 moléculas de acetil-CoA en 7 ciclos. El acetil-CoA resultante ingresa en el ciclo del ácido cítrico, y el NADH y el FADH₂ van a la cadena respiratoria.
Oxidación de ácidos grasos insaturados
En los ácidos grasos insaturados naturales, los dobles enlaces tienen una configuración cis, mientras que la enoil-CoA hidratasa solo actúa sobre el isómero trans. Al llegar la oxidación a la posición del doble enlace, entra en juego una enzima adicional: la enoil-CoA isomerasa, que convierte el enlace cis en la forma trans.
Dado que el doble enlace ya está presente en el sustrato, se omite la primera reacción del ciclo (la deshidrogenación con FAD): el proceso comienza directamente con la hidratación. Tras superar el doble enlace, la oxidación continúa según el esquema estándar de cuatro reacciones.
Oxidación de ácidos grasos con un número impar de carbonos
En el penúltimo ciclo de dicho ácido graso queda un residuo de cinco carbonos; tras la siguiente escisión de acetil-CoA, se forma al final un propionil-CoA de tres carbonos. Su destino posterior:
- La propionil-CoA carboxilasa (cuya coenzima es la biotina) añade CO₂, formando D-metilmalonil-CoA.
- La metilmalonil-CoA epimerasa convierte la forma D en L-metilmalonil-CoA.
- La metilmalonil-CoA mutasa (cuya coenzima es la vitamina B₁₂, cobalamina) reordena la molécula en succinil-CoA.
El succinil-CoA es un metabolito del ciclo de Krebs, por lo que el residuo propinílico se incorpora a la vía general del catabolismo y se utiliza para la producción de energía.
Puntos clave
- La β-oxidación ocurre en la matriz mitocondrial y proporciona energía a la célula mediante la degradación de ácidos grasos.
- La activación del ácido graso a acil-CoA es catalizada por la acil-CoA sintetasa con consumo de ATP.
- Los acil-CoA de cadena larga se transportan a la matriz a través de la lanzadera de carnitina (CPT I, translocasa, CPT II).
- Un ciclo incluye deshidrogenación (FAD), hidratación, deshidrogenación (NAD⁺) y escisión tiolítica con liberación de acetil-CoA.
- Durante la oxidación de ácidos grasos insaturados, la enoil-CoA isomerasa convierte el enlace cis en trans y se omite la reacción con FAD.
- Los ácidos grasos de cadena impar producen propionil-CoA, que se convierte en succinil-CoA mediante carboxilación y una mutasa dependiente de B₁₂.
- Los productos finales son acetil-CoA para el ciclo de Krebs, así como NADH y FADH₂ para la cadena respiratoria.