Beta oxidación
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En la β -oxidación de ácidos carboxílicos las cadenas alifáticas de los lípidos se degradan de dos en dos átomos de carbono para formar acetil coenzima A, la cual puede entrar al ciclo de Krebs y generar energía. La β-oxidación no involucra ácidos carboxílicos en un inicio, sino sus bases conjugadas, esto es, carboxilatos (ácidos carboxílicos desprotonados), los cuales en todo momento están prsentes en forma de derivados acilados. La acetil coenzima A se obtiene a partir de la coenzima A, cuya estructura es la siguiente: La acetil coenzima A posee un grupo acetilo, CH 3 CO, unido al azufre en lugar del H. En la estructura de la acetilcoenzima A pueden distinguirse tres subestructuras: la derivada del ácido pantoténico o vitamina B 5 (a continuación de estas líneas), compuesto esencial para los humanos que se halla presente en prácticamente todos los alimentos. La estructura se completa con un residuo de cisteamina (HSCH 2 CH 2 NH 2 ) y otro de ADP. Los carboxilatos deben sufrir una serie de intercambios de grupos funcionales antes de iniciar su degradación. Ya dentro de lo que propiamente podemos considerar la β- oxidación, un CARBOXILATO DE CADENA SATURADA inicia su degradación con una reacción catalizada por la acil coenzima A sintetasa en la que el O unido a carbonilo del anión carboxilato es sustituido nucleofílicamente por el azufre de una molécula de coenzima A. La salida del oxígeno provoca que una molécula de ATP se transforme en una de AMP y pirofosfato. Esto ocurre en el espacio intermembrana mitocondrial.
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En la β-oxidación de ácidos carboxílicos las cadenas alifáticas de los lípidos se degradan de dos en dos átomos de carbono para formar acetil coenzima A, la cual puede entrar al ciclo de Krebs y generar energía. La β-oxidación no involucra ácidos carboxílicos en un inicio, sino sus bases conjugadas, esto es, carboxilatos (ácidos carboxílicos desprotonados), los cuales en todo momento están prsentes en forma de derivados acilados.
La acetil coenzima A se obtiene a partir de la coenzima A, cuya estructura es la
siguiente:
La acetil coenzima A posee un grupo acetilo, CH3CO, unido al azufre en lugar del H. En la estructura de la acetilcoenzima A pueden distinguirse tres subestructuras: la derivada del ácido pantoténico o vitamina B5 (a continuación de estas líneas), compuesto esencial para los humanos que se halla presente en prácticamente todos los alimentos. La estructura se completa con un residuo de cisteamina (HSCH2CH2NH2) y otro de ADP.
Los carboxilatos deben sufrir una serie de intercambios de grupos funcionales antes de iniciar su degradación. Ya dentro de lo que propiamente podemos considerar la β-oxidación, un CARBOXILATO DE CADENA SATURADA inicia su degradación con una reacción catalizada por la acil coenzima A sintetasa en la que el O unido a carbonilo del anión carboxilato es sustituido nucleofílicamente por el azufre de una molécula de coenzima A. La salida del oxígeno provoca que una molécula de ATP se transforme en una de AMP y pirofosfato. Esto ocurre en el espacio intermembrana mitocondrial.
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La transformación de la acil coenzima A a su derivado de carnitina le permite atravesar la membrana mitocondrial interna y pasar a la matriz, donde se reconvierte otra vez en acil coenzima A (esta transformación y la reconversión no se muestra). Ya como tal, la acil coenzima A sufre una deshidrogenación mediada por FAD para transformarse en Δ2-trans-enoil coenzima A, proceso que está catalizado por la acil coenzima A deshidrogenasa:
El FADH2 se va hacia cadena respiratoria.
El Δ2-trans-enoil coenzima A, un compuesto carbonílico α ,β-insaturado, sufre una adición de Michael de agua para transformarse en la 3-hidroxiacil coenzima A mediando el proceso la Δ2-enoil coenzima A hidratasa:
La 3-hidroxiacil coenzima A a continuación se oxida empleando NAD+ para transformarse en 3-cetoacil coenzima A (la β-oxidación propiamente) en presencia de la enzima L-(+)-3-hidroxiacil coenzima A deshidrogenasa:
R O
O
HS-CoA
+
Mg2+
R PO
O PO
O PO
OO O O
+
ATP
RO
+
SCoA
R PO
O PO
O PO
OO O O
AMP
OH
Acil coenzima A
Coenzima A
PPi
Carboxilato
RO
SCoA
Acil coenzima AH
HFAD FAD
H
HR
O
SCoA
Δ2-trans-enoil coenzima A
RO
SCoA
Δ2-trans-enoil coenzima A
H2O
RO
SCoA
3-hidroxiacil coenzima A
OH
H
3
Finalmente, una nueva molécula de coenzima A ataca nucleofílicamente al carbonilo β, dando lugar a la ruptura del enlace que une a éste y el carbono α; concomitantemente, este último se protona, dando lugar a una molécula de acetil coenzima A, que entra a ciclo de Krebs, y a un nuevo derivado de acilcoenzima A con dos carbonos menos que el original. Este proceso está mediado por la enzima tiolasa:
La nueva molécula degradada inicia un nuevo ciclo de degradación tras otro a partir del compuesto carbonílico α ,β-insaturado hasta obtener la última molécula de acetil coenzima A posible.
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Los CARBOXILATOS INSATURADOS o POLIINSATURADOS siguen un mecanismo similar, aunque hay algunas variantes. Considera el caso del ácido linoleico: éste se transforma primeramente en linoleil coenzima A, el cual entra a β-oxidación degradándose tres veces hasta llegar a la zona de los enlaces múltiples, formando otras tantas moléculas de acetil coenzima A. Lo que se genera luego de estas etapas es Δ3-cis-Δ6-cis-dienoil coenzima A:
La Δ3-cis-Δ6-cis-dienoil coenzima A sufre entonces la migración (o transposición) del doble enlace más próximo al grupo carbonilo, conjugándose con éste e isomerizándose a trans. Esto lo cataliza la Δ3-cis→Δ6-trans-enoil coenzima A isomerasa. El compuesto que se obtiene se denomina ahora Δ2-trans-Δ6-cis-dienoil coenzima A.
RO
SCoA
OH NAD NAD H + HR
O
SCoA
Cetoacil coenzima A
O
H
3-hidroxiacil coenzima A
RO
SCoA
Cetoacil coenzima A
O
HS-CoACoenzima A
+
αβ
R
O
SCoAO
αβ
HSCoA +
Acil coenzima A(grupo acilo
degradado dos carbonos menos)
Krebs!Enlace que se rompe.
Linoleil coenzima A
SCoA
O
Δ3-cis-Δ6-cis dienoil coenzima A
SCoA
O3 ciclos deβ-oxidación
SCoA
O3Krebs!
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La Δ2-trans-Δ6-cis-dienoil coenzima A, de nueva cuenta un compuesto carbonílico α ,β-insaturado, entra a una etapa de β-oxidación, con lo que su cadena se degrada dos carbonos produciéndose Δ4-cis-enoil coenzima A:
Este último compuesto vuelve a sufrir una deshidrogenación más para transformarse en la Δ2-trans-Δ4-cis-dienoil coenzima A mediante la acil coenzima A deshidrogenasa:
La Δ2-trans-Δ4-cis-dienoil coenzima A se vuelve a hidrogenar, pero ahora lo hace en las posiciones 2 y 5 (una adición conjugada o de Michael de H2), lo cual está catalizado por la Δ2-trans-Δ4-cis-dienoil coenzima A reductasa. El agente reductor es NADPH. Se obtiene así Δ3-trans-enoil coenzima A
El doble enlace de este compuesto se transpone para conjugarse con el carbonilo gracias a la acción de la Δ3-trans→Δ2-trans-enoil coenzima A isomerasa, transformándose así en Δ2-trans-enoil coenzima A.
Δ3-cis-Δ6-cis-dienoil coenzima A
SCoA
O
Δ2-trans-Δ6-cis-dienoil coenzima A
SCoA
O
+ isomerizacióntransposición
2
34 4 3
2
Δ2-trans-Δ6-cis-dienoil coenzima A
SCoA
O 1 ciclo deβ-oxidación
SCoA
O Δ4-cis-enoil coenzima AO
SCoA
Krebs!
Δ4-cis-enoil coenzima AO
SCoA
O
SCoA
Δ2-trans-Δ4-cis-dienoil coenzima A
FAD FADH
H
H
H
O
SCoA
Δ2-trans-Δ4-cis-dienoil coenzima A
2
3
45H+ + NADP-H NADP+
O
SCoA
Δ3-trans-enoil coenzima A
23
45
H H
5
La Δ2-trans-enoil coenzima A, un compuesto carbonílico α ,β-insaturado, entra nuevamente a una etapa de β-oxidación. Tras superar esta etapa y en virtud de que tras este doble enlace el resto de la cadena es saturada, la degradación continúa y se completa mediante tres etapas más de β-oxidación, generándose cuatro moléculas más de acetil coenzima A:
Nota. El dinucleótido de flavina y adenina, FAD, es un compuesto que está involucrado, como coenzima en procesos redox. Su estructura es la siguiente:
Es capaz, a diferencia del NAD, de unirse tanto al equivalente del hidruro como al protón que se generan en un proceso de oxidación de un sustrato orgánico:
O
SCoA
Δ3-trans-enoil coenzima A
23
4
O
SCoA
Δ3-trans-enoil coenzima A
23
4
4 ciclos deβ-oxidación
SCoA
O5O
SCoA
Δ3-trans-enoil coenzima AKrebs!
6
N
N
N
NH
O
O
HH+
FAD
N
N
N
NH
O
O
+
FAD
H
H
H
H
