Localização do processo e destino dos ácidos graxos
A beta-oxidação é a via catabólica de degradação de ácidos graxos de cadeia longa, que ocorre em praticamente todas as células que necessitam de energia. Durante o jejum ou aumento da demanda energética, os triacilgliceróis dos adipócitos são hidrolisados e os ácidos graxos liberados são transportados pela corrente sanguínea para os tecidos consumidores.
Ao entrar na célula, os ácidos graxos encontram-se inicialmente no citoplasma, enquanto as enzimas da beta-oxidação estão localizadas na matriz mitocondrial. A membrana mitocondrial interna é impermeável a ácidos graxos de cadeia longa (de 14 carbonos ou mais); os de cadeia curta (até 12 átomos de C) passam livremente.
Ativação e lançadeira de carnitina
Antes do transporte, o ácido graxo deve ser ativado. A reação é catalisada pela acil-CoA sintetase com gasto de ATP e adição de coenzima A; o produto é o acil-CoA. É importante não confundir o acil-CoA (resíduo de ácido graxo) e o acetil-CoA (fragmento de dois carbonos).
A transferência do grupo acil para a matriz ocorre em três etapas:
- A carnitina aciltransferase I na membrana externa transfere o acil da CoA para a carnitina (no grupo OH), formando acil-carnitina.
- A translocase da membrana interna transporta a acil-carnitina para a matriz a favor do gradiente de concentração.
- A carnitina aciltransferase II na matriz devolve o acil à coenzima A da matriz; a carnitina livre retorna.
Beta-oxidação de ácidos graxos saturados
O nome do processo deve-se ao fato de que as transformações químicas afetam o átomo de carbono β (o segundo a partir da extremidade carboxila; o primeiro é o α). A cada ciclo, um fragmento de dois carbonos na forma de acetil-CoA é clivado do acil-CoA. O ciclo inclui quatro reações sequenciais:
- Desidrogenação — a acil-CoA desidrogenase forma uma ligação dupla entre os carbonos α e β; o cofator FAD é reduzido a FAD₂.
- Hidratação — a enoil-CoA hidratação adiciona água através da ligação dupla: H ao carbono α, OH ao carbono β; forma-se o β-hidroxiacil-CoA.
- Desidrogenação no carbono β — a β-hidroxiacil-CoA desidrogenase oxida o grupo OH a um grupo ceto; o cofator NAD⁺ é reduzido a NADH.
- Clivagem tiolítica — a β-cetouacil-CoA tiolase, com a participação de uma segunda molécula de coenzima A, cliva o acetil-CoA; o acil-CoA encurtado em dois carbonos entra em um novo ciclo.
O processo é cíclico: o ácido palmítico (16 C) produz 8 moléculas de acetil-CoA em 7 ciclos. O acetil-CoA resultante entra no ciclo do ácido cítrico, e o NADH e o FADH₂ entram na cadeia respiratória.
Oxidação de ácidos graxos insaturados
Nos ácidos graxos insaturados naturais, as ligações duplas têm uma configuração cis, enquanto a enoil-CoA hidrataase funciona apenas com o isômero trans. Quando a oxidação atinge a posição da ligação dupla, uma enzima adicional entra em ação — a enoil-CoA isomerase, que converte a ligação cis na forma trans.
Como a ligação dupla já está presente no substrato, a primeira reação do ciclo (desidrogenação com FAD) é ignorada: o processo começa imediatamente com a hidratação. Após passar pela ligação dupla, a oxidação segue o esquema padrão de quatro reações.
Oxidação de ácidos graxos com número ímpar de carbonos
No penúltimo ciclo desse ácido, resta um resíduo de cinco carbonos; após outra clivagem de acetil-CoA, forma-se um propionil-CoA de três carbonos no final. Seu destino posterior:
- A propionil-CoA carboxilase (cofator — biotina) adiciona CO₂, formando D-metilmalonil-CoA.
- A metilmalonil-CoA epimerase converte a forma D em L-metilmalonil-CoA.
- A metilmalonil-CoA mutase (cofator — vitamina B₁₂, cobalamina) reorganiza a molécula em succinil-CoA.
O succinil-CoA é um metabólito do ciclo de Krebs, portanto o resíduo propinila é incorporado à via geral do catabolismo e usado para a produção de energia.
Pontos-chave
- A beta-oxidação ocorre na matriz mitocondrial e fornece energia à célula através da degradação de ácidos graxos.
- A ativação do ácido graxo a acil-CoA é catalisada pela acil-CoA sintetase com gasto de ATP.
- Os acil-CoAs de cadeia longa são transportados para a matriz através da lançadeira de carnitina (CAT-I, translocase, CAT-II).
- Um ciclo inclui desidrogenação (FAD), hidratação, desidrogenação (NAD⁺) e clivagem tiolítica com liberação de acetil-CoA.
- Na oxidação de ácidos graxos insaturados, a enoil-CoA isomerase converte a ligação cis em trans, e a reação com FAD é ignorada.
- Ácidos graxos de cadeia ímpar produzem propionil-CoA, que se converte em succinil-CoA através de carboxilação e uma mutase dependente de B₁₂.
- Os produtos finais são acetil-CoA para o ciclo de Krebs, além de NADH e FADH₂ para a cadeia respiratória.