Oxidación de los ácidos grasos

Definitions & Key takeaways

Fatty acid oxidation is the process your body uses to break down and uses fatty acids for energy. This process occurs in the mitochondria of your cells. During fatty acid oxidation, a fatty acid is broken down into two molecules of acetyl coenzyme A (CoA). These molecules are then used by the mitochondria to produce energy.

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El cuerpo humano puede sobrevivir sin comida durante largos períodos de tiempo, al menos 3 o 4 semanas con hidratación. Puede hacerlo porque puede almacenar combustibles dietéticos y luego descomponerlos cuando los necesita para producir energía en forma de trifosfato de adenosina, o ATP.
La grasa es una de las formas más importantes de almacenar energía y el término "quemar grasa", en realidad, se refiere a la oxidación de los ácidos gras De hecho, si dos personas dejaran de alimentarse, la que tuviera más grasa sobreviviría más tiempo.
Lo que hace que la grasa sea una gran fuente de energía son los ácidos grasos, que son la forma más simple de las grasas, formados por largas cadenas de carbono e hidróge La transferencia de electrones en forma de hidrógeno desde estos ácidos grasos a determinadas moléculas puede utilizarse para generar ATP.
La oxidación de los ácidos grasos tiene lugar principalmente en las mitocondrias de las células del corazón, del músculo esquelético y del hígado.
Antes de que la grasa pueda oxidarse, debe trasladarse desde los lugares de almacenamiento a las células que pueden utilizarla.
La grasa se almacena en los adipocitos o células grasas en forma de triglicéridos, que son 3 ácidos grasos unidos a una molécula de glicerol.
Los triglicéridos pueden ser descompuestos por la enzima lipasa sensible a hormonas en ácidos grasos libres y glicerol. Cuando una persona no se alimenta, primero descienden sus concentraciones de glucosa en la sangre.
En respuesta, el páncreas secreta una hormona llamada glucagón que aumenta la actividad de la lipasa sensible a hormonas, y aumenta la descomposición de los triglicéridos.
Los ácidos grasos libres pueden salir de la célula grasa y entrar en el torrente sanguíneo, donde se unen a una proteína llamada albúmina.
La albúmina transporta los ácidos grasos a las células diana, como las del hígado, que son capaces de oxidarlos. En primer lugar, el ácido graso libre se disocia de la albúmina y se difunde en la célula.
Una vez dentro de la célula, una enzima citosólica llamada acil-CoA sintetasa añade una molécula de coenzima A al final del ácido graso, lo que lo convierte en un acil-CoA graso metabólicamente activo.
Este proceso requiere 2 moléculas de ATP, por lo que se necesita un poco de energía para producirla, pero al final el balance es positivo.
La mitocondria está formada por dos membranas, una externa y otra interna, con un pequeño espacio intermedio y la matriz mitocondrial en el centro.
Las enzimas necesarias para la beta-oxidación se encuentran en la matriz mitocondrial, pero el ácido graso no puede atravesar la membrana mitocondrial interna cuando está unido a la CoA.
Por lo tanto, el ácido graso debe separarse de la CoA. Una enzima que hay en la membrana mitocondrial externa, llamada carnitina palmitoiltransferasa 1, o CPT1, sustituye la CoA por una carnitina, con lo que se obtiene acilcarnitina grasa y una CoA libre, que pueden atravesar fácilmente la membrana mitocondrial interna.
A continuación, a lo largo de la membrana mitocondrial interna, otra enzima llamada carnitina palmitoiltransferasa 2, o CPT2, vuelve a sustituir la carnitina y la CoA, regenerando así los acil-CoA grasos y la carnitina libre dentro de la matriz mitocondrial.
Todo este proceso se denomina "transporte de carnitina". La carnitina puede atravesar la membrana mitocondrial interna por sí misma, por lo que puede volver a la membrana externa para encontrarse con el siguiente ácido graso entran También se puede obtener más carnitina de la dieta, principalmente de los productos cárnicos.
Por último, el transporte de carnitina puede ser regulado por un producto de la síntesis de ácidos grasos llamado malonil-CoA, que inhibe específicamente la CPT1 ralentizando la oxidación de los ácidos grasos.
Después de todo, no desea producir y descomponer ácidos grasos al mismo tiempo. La longitud de las cadenas de ácidos grasos puede variar, desde ácidos grasos cortos, medianos, largos y muy largos, pero el proceso de oxidación de los ácidos grasos es el mismo para cualquier longitud.
Vamos a ver la oxidación de los ácidos grasos con un ejemplo de un ácido graso de cadena larga: el palmitoil-CoA de 16 carbonos Las modificaciones enzimáticas que tienen lugar en la oxidación de los ácidos grasos se producen en el segundo y tercer carbono de la cadena, también llamados carbonos alfa y beta, respectivamen Cada uno de esos carbonos entra en la oxidación de los ácidos grasos con 2 hidrógenos unidos a él.
En primer lugar, una enzima llamada acil-CoA deshidrogenasa elimina 1 hidrógeno del 2º carbono y un hidrógeno del 3º. La misma enzima cede esos 2 hidrógenos a una molécula cercana de dinucleótido de adenina de flavina, o FAD, lo que produce FADH2, y convierte la palmitoil-CoA en enoil-CoA en el proceso Este es el primer paso de la oxidación.
A continuación, una enzima llamada enoil-CoA hidratasa transfiere un grupo hidroxilo, que es un oxígeno unido a un hidrógeno, desde una molécula de agua al carbono beta de la enoil-CoA, lo que da lugar a la beta-hidroxiacil-CoA El segundo paso de la oxidación implica una transacción de hidrógeno similar mediada por otra deshidrogenasa llamada beta-hidroxiacil deshidrogenasa.
La beta-hidroxiacil-deshidrogenasa elimina dos hidrógenos del carbono beta y transfiere uno de ellos a una molécula de nicotinamida adenina dinucleótido, o NAD+, produciendo NADH y beta-cetoacil-CoA en el proceso, y liberando el otro hidrógeno.
Como este paso de la oxidación se produce en el carbono beta, la oxidación de los ácidos grasos también se denomina beta-oxidación.
Por último, una enzima llamada beta-cetotiolasa escinde esos dos carbonos alfa y beta de la cadena de ácidos grasos, formando una molécula de acetil-CoA de dos carbonos en el proces Esto nos deja con una acil CoA de 14 carbonos que puede entrar en otro ciclo de beta-oxidación.
Cuanto más larga sea la cadena de ácidos grasos, más ciclos y más energía se producen. Y en un ciclo de beta-oxidación, se produce 1 NADH, 1 FADH2 y 1 acetil-CoA.
El NADH y el FADH2 están ahora llenos de electrones y pueden entrar en una vía mitocondrial llamada cadena de transporte de electrones, donde esos electrones pueden utilizarse para producir ATP.
Una molécula de NADH produce aproximadamente 3 ATP, mientras que una molécula de FADH2 produce aproximadamente 2 ATP. Por otro lado, la acetil-CoA puede entrar en el ciclo del ácido cítrico, que es otra vía metabólica en la mitocondria que quema acetil-coA para producir más NADH y FADH2, que luego entran en la cadena de transporte de electrones, produciendo un total de 12 ATP por acetil- Así, a partir de una molécula de palmitoil-CoA de 16 carbonos, se obtiene un total de 7 moléculas de NADH, 7 de FADH2 y 8 de acetil-CoA.
Si se calcula el rendimiento total de ATP, se obtienen 131 ATP. Pero se consumen 2 ATP cuando se activa por primera vez el acil CoA graso.
Así que del palmitoil-CoA se obtienen 129 moléculas de ATP. Esto es bastante sencillo para una cadena de ácidos grasos con un número par de carbonos, pero la oxidación de un ácido graso con un número impar de carbonos puede ser algo diferente.
Por ejemplo, un ácido graso de 13 carbonos. Inicialmente, el proceso de oxidación es exactamente igual, hasta llegar a un fragmento de 3 carbonos llamado propionil-CoA.
Se necesitan otras 3 enzimas para descomponerlo, 3 reacciones para la molécula de 3 carbonos. En primer lugar, una enzima llamada propionil-CoA carboxilasa añade un grupo carboxilo a la propionil-CoA, formando metilmalonil-CoA.
Esta enzima necesita 3 cofactores, que se pueden recordar con una regla mnemotécnica sensilla: "ABC". "A" para el ATP, "B" para la biotina o vitamina B7 y "C" para el dióxido de carbono, que es la fuente del grupo carboxilo en esta reacción.
A continuación, una enzima llamada metilmalonil-CoA mutasa reordena los carbonos de la metilmalonil-CoA para producir succinil-CoA.
La succinil-CoA puede entrar entonces en el ciclo del ácido cítrico, o puede utilizarse para la síntesis de hemo, que es el elemento de unión del oxígeno en la hemoglobina Por último, para las moléculas de ácidos grasos muy largas, de 22 carbonos o más, pueden ser necesarios unos orgánulos específicos llamados peroxisomas.
La oxidación peroxisómica funciona de la misma manera que la oxidación mitocondrial, pero con diferentes enzimas que pueden degradar la cadena larga de ácidos grasos hasta que está por debajo de los 22 carbonos, y entonces los ácidos grasos son enviados de vuelta a la mitocondria para que se haga cargo.
Los ácidos grasos son una de las principales fuentes de energía del organismo, especialmente durante el estado de ayuno.
La oxidación de los ácidos grasos se produce en tres pasos: la activación, el transporte a través de la lanzadera de carnitina y, por último, la beta-oxidación en la matriz mitocondrial.