Metabolismo degli Acidi Grassi

β-ossidazione degli acidi grassi

  • azione dell’enzima acil-coenzima A sintetasi (ACS): formazione di acil-CoA + AMP a partire da acido grasso + ATP + CoA
  • azione dell’enzima CPT1 (carnitina-palmitoil-transferasi 1) presente sulla faccia citosolica della membrana interna mitocondriale: trasferimento del palmitoile dal CoA sulla carnitina. Si forma palmitoil-carnitina e il CoA ritorna libero nel citoplasma perché esso non riesce ad attraversare la membrana
  • azione dell’enzima CAT presente nella membrana mitocondriale interna: traslocasi che cattura l’acil-carnitina dall’esterno e la scambia con una carnitina
  • azione dell’enzima CPT2: trasferimento del palmitoile su un CoA mitocondriale con liberazione di carnitina e formazione di palmitoil–CoA all’interno del mitocondrio.

Per ogni molecola di palmitoil-carnitina che entra nel mitocondrio esce una carnitina pronta a ripetere il ciclo. La traslocasi è un esempio di antiporto. In questo modo abbiamo all’interno del mitocondrio la molecola iniziale, il palmitoil-CoA senza dispendio di energia.

β –ossidazione degli acidi grassi saturi

 il Cα e il Cβ dell’acil-CoA vanno incontro a ossidazione grazie all’enzima acil-CoA deidrogenasi, FAD dipendente, con formazione di enoil-CoA (composto αβ insaturo in configurazione trans) e formazione di un doppio legame tra Cα e il Cβ. Il FAD rispetto al NAD è un gruppo prostetico, rimane legato strettamente al centro attivo dell’enzima e anche una volta terminata la reazione non si può staccare. Questo comporta che gli elettroni contenuti nell’acil-CoA e trasportati dal FADH passano sulla catena respiratoria grazie al complesso 2, situato sulla membrana mitocondriale interna, in prossimità dell’ubichinone.

  1. entra una molecola di acqua che si somma a livello del doppio legame formando un L,β-idrossiacilCoA (è un’ addizione stereospecifica). L’enzima che catalizza questa reazione è l’enoilCoA idratasi.
  2. reazione di ossidoriduzione nella quale interviene l’enzima β-idrossiacil coenzima A deidrogenasi NAD dipendente, un gruppo ossidrilico viene ossidato a chetonico e si forma il β-chetoacil coenzima A con liberazione di un NADH + H+.
  3. distacco dell’acetilCoA grazie all’enzima tiolasi, rimane l’acido grasso con 2 carboni in meno (se partiamo con un acido a 16 carboni otteniamo acetilCoA + acido grasso a 14 carboni). Quanti giri di β-ossidazione occorre compiere per ossidare completamente l’acido palmitico? Le molecole di acetilCoA   ottenute sono 8, i giri sono 7. E’ un ciclo che si ripete fino alla completa ossidazione dell’acido grasso.

L’acetilCoA entra poi nel ciclo di Krebs e la sua resa è di 12 molecole di ATP

Esempio:

Acido grasso a 16 atomi di carbonio + ATP + 8 CoA + 7 NAD+ + 7 FAD = 8 AcetilCoA + 7 NADH (+ 7H+) + 7 FADH2 (+ 7 H+) + AMP

 

Resa energetica:

  • ogni acetilCoA fornisce 12 ATP => 12 x 8 = 96
  • ogni NADH fornisce 3 ATP => 3 x 7 = 21
  • ogni FADH2 fornisce 2 ATP => 2 x 7 = 14

TOT: 131 ATP – 2 ATP consumate ( ATP →AMP) = 129 ATP ottenute dall’ossidazione completa di acido palmitico

 

Regolazione

Essa avviene sull’entrata degli acidi grassi all’interno del mitocondrio. In condizioni di buona alimentazione, se è attiva la sintesi degli acidi grassi si forma malonil-CoA che va a inibire CPT1, ossia è inibita la demolizione. Abbiamo anche una regolazione di massa, ovvero quando prevale NADH all’interno del mitocondrio la β-ossidazione è bloccata, quando prevale NAD essa è attivata.

La maggior parte di acidi grassi che noi introduciamo sono a lunga catena e a numero pari di atomi di carbonio. Quelli a numero dispari non possono venire scissi completamente in acetil-CoA, ma rimane propionil-CoA, un composto a 3 carboni. L’acetil-CoA non può essere ritrasformato in glucosio, perché per tornare al piruvato bisognerebbe compiere in senso inverso una reazione irreversibile (la piruvato deidrogenasi catalizza la reazione che da acido piruvico porta ad acetil-CoA). Il propionil-CoA invece può essere utilizzato per formare zuccheri, esso rappresenta l’unica parte riutilizzabile degli acidi grassi per ottenere degli zuccheri. Per trasformare i propionil-CoA in succinil-CoA intervengono la vitamina B12 e la biotina (Vitamina H), la quale entra come cofattore nelle reazioni di carbossilazione. Si lega al centro attivo dell’enzima, è costituita da un anello imidazolico e da un tiofene, il quale porta una catena laterale con un gruppo carbossilico che si lega al gruppo amminico della lisina del centro attivo dell’enzima. Si forma quindi un lungo braccio mobile che permette lo spostamento della biotina da un punto all’altro del centro attivo dell’enzima. In questa reazione di carbossilazione deve intervenire una molecola di CO2 + 1 ATP + biotina. In un primo momento la CO2 viene attivata dall’ATP e si forma carbonil-fosfato, proseguendo si ottiene carbossi-biotina dopo l’attacco della CO2 attivata alla biotina. Si ha poi un trasferimento (transcarbossilazione), la carbossi-biotina si sposta verso l’altro substrato, il propionil-CoA il quale si trasforma in D-metil–malonilCoA, composto a 4 carboni. Questa molecola deve essere trasformata in succinil-CoA, e per fare ciò dopo che è andata incontro ad una isomerizzazione interviene la vitamina B12 che trasferisce il gruppo carbossilico dalla posizione 2 alla posizione 3. Il succinil-CoA potrà entrare nel ciclo di Krebs, diventare succinato con la sintesi di GTP, grazie alla succinico deidrogenasi può diventare fumarato, con la fumarasi diventa malato e con una malato deidrogenasi diventa ossalacetato, il quale a seconda delle condizioni può essere utilizzato per la sintesi degli zuccheri o essere bruciato.

 

Ossidazione degli acidi grassi insaturi

A seconda della posizione dei doppi legami al loro interno possono sorgere dei problemi per la loro ossidazione, primo fra questi la configurazione dei carboni dei doppi legami che deve essere in TRANS affinché l’ossidazione possa avvenire correttamente. Gli acidi grassi insaturi presentano una configurazione dei carboni con i doppi legami in forma CIS. È necessario quindi un enzima che la trasformi da CIS a TRANS. Inoltre la posizione del doppio legame spesso non è tra Cα e Cβ, come nel caso precedente, e deve quindi intervenire un altro enzima che porti il doppio legame nella posizione corretta. Intervengono perciò enzimi come l’enoilCoA isomerasi il quale mentre trasforma il doppio legame CIS in doppio legame in TRANS porta anche il doppio legame nella posizione corretta.

 

β-Ossidazione degli Acidi Grassi Insaturi

Gli acidi grassi insaturi presentano una conformazione cis del doppio legame, che inoltre non è in posizione a(a-b) o 2(2-3), ma è in posizione b(b-g) o 3(3-4). Quindi interviene un enzima che ha il compito di trasferire il doppio legame in posizione a e in conformazione trans, l’enzima in questione si chiama D3-enoilCoA isomerasi, poi interviene l’idratasi che aggiunge un gruppo ossidrilico, la deidrogenasi e la b ossidazione prosegue normalmente.

β-Ossidazione degli Acidi Grassi Poliinsaturi

Un altro problema è quando si trovano 2 doppi legami vicini, negli acidi grassi poliinsaturi, come l’acido linoleico a 18 atomi di carbonio, che presenta 2 doppi legami: uno in posizione 9 e uno in posizione 12. All’inizio la b-ossidazione procede normalmente liberando 3 acetil-CoA che corrispondono ai primi 6 atomi di carbonio. Quindi il doppio legame si trova in posizione 3 o b e interviene lo stesso enzima di prima, D3-enoilCoA isomerasi, portando il doppio legame in posizione 2 o a e facendo diventare la conformazione trans. Così la b-ossidazione procede finché non si arriva alla tappa catalizzata dalla idratasi, che non riesce ad agire, per la presenza del doppio legame vicino che conferisce un’angolazione rigida alla catena dell’acido grasso, cioè crea un impedimento sterico. Allora interviene l’enzima 2,4-dienoil-CoA reduttasi, che catalizza una reazione di ossidoriduzione, con il donatore di elettroni che è il NADPH + H+, che diventa NADP+ ossidato e scompare il doppio legame vicino, così si forma il trans-D3-enoil-CoA. Poi interviene ancora l’enoil-CoA isomerasi che trasporta il legame dalla posizione 3 alla posizione 2 e quindi la b-ossidazione può procedere. La b-ossidazione che avviene nel mitocondrio riguarda gli acidi grassi a 12, 14, 16 e 18 atomi di carbonio, mentre gli acidi grassi a catena più corta non vengono attivati nel citosol ma passano la membrana mitocondriale interna dove vengono attivati e poi entrano nella b-ossidazione.

Gli acidi grassi a catena lunga, cioè dai 20 atomi di carbonio, hanno una prima ossidazione all’interno dei perossisomi, dove sono presenti enzimi capaci di ossidare questi acidi grassi fino a 8 carboni, poi questi acidi fuoriescono e vanno nel citoplasma, entrano nei mitocondri e continuano l’ossidazione. Nell’ossidazione nei perossisomi la prima reazione è catalizzata dall’ossidasi, che cede gli elettroni all’O2, a differenza della prima reazione dell’ossidazione nei mitocondri, dove l’enzima è la deidrogenasi che cede elettroni alla catena respiratoria. L’O2 ricevendo elettroni si riduce ad H2O2, prodotto tossico, che viene trasformata in H2O e O2 dalla catalasi, inoltre poiché gli elettroni non vengono ceduti alla catena respiratoria si ha una resa minore di ATP. Nella terza reazione viene prodotto NADH, che fuoriesce dai perossisomi andando nel citosol, dove viene utilizzato direttamente nei processi citoplasmatici o utilizzando un trasportatore può entrare all’interno dei mitocondri.