La beta oxidación mitocondrial de los ácidos grasos

La beta oxidación mitocondrial de los ácidos grasos
Ocurre en mitocondrias de animales y hongos (NO en plantas)
1) Activación y entrada en la mitocondria:
Membrana mitocondrial externa
Acido graso
1
ATP
CoA-SH
PPi + AMP
5
Acil-CoA
carnitina
3
Acil-CoA
2
2 Pi
a la ß-oxidación
CoA-SH
Acil-carnitina
Acil-carnitina
Membrana mitocondrial interna
carnitina
4
Matriz mitocondrial
1. AcilCoA sintetasasa (hay 3 isoenzimas diferentes, especializadas en ácidos grasos de
cadenas larga, media y corta, respectivamente).
2. AcilCoA:carnitina aciltransferasa I (cara externa de la membrana mitocondrial
interna)
3. AcilCoA: carnitina aciltransferasa II (cara interna de la membrana mitocondrial
interna)
4. Cotransportador carnitina:acilcarnitina
5. Pirofosfatasa inorgánica.
2) Estructruras de la carnitina y la acilcarnitina
Carnitina
-
H3C-N -CH2-CH-CH2-COO
CH3
OH
-
CH3
+
H3C-N -CH2-CH-CH2-COO
CH3
O
-
-
+
- -
- -
CH3
Acil-carnitina
El mecanismo de la acilCoA sintetasa se ha explicado en el tema II de la asignatura. Repáselo.
3) La beta oxidación mitocondrial de un ácido graso saturado:
Matriz mitocondrial
=
O
H3C-(CH2)n-CH2-CH2-C-S-CoA
FAD
FADH2
=
_
_
HO
H3C-(CH2) n-C=C-C- S-CoA
H
5
1
Q
QH2
H2O
2
Q
QH 2
=
_
_
OH H O
H3C-(CH2) n-CH-CH-C- S-CoA
NAD
3
+
NADH
6
=
O
H3C-(CH2) n-C-S-CoA
HS-CoA
O
H3C-C- S-CoA
=
4
=
=
O
O
H3C-(CH2) n-C- CH2-C- S-CoA
1. Acil-CoA deshidrogenasa (hay 3 isoenzimas diferentes, especializadas en acil-CoA
de cadenas larga, media y corta, respectivamente)
2. trans- enoil hidratasa
3. L-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa
4. β-cetoacil-CoA Tiolasa (tiolasa)
5. flavoproteína transferidora de electrones (a la ubiquinona)
6. Centro respiratorio I de la cadena de transporte electrónico mitocondrial.
En el caso de los ácidos grasos con un número impar de átomos de carbono, que aunque
menos importantes que los de número par también se encuentran en la dieta, la molécula
resultante de la última ruptura tiolítica es el propionil-CoA en lugar de acetil-CoA. Para su
metabolismo se requiere una ruta auxiliar:
Propionil-CoA
ATP + HCO3O
H
H C
C
H2
H
C
1
D-Metilmalonil-CoA
AMP + PPi
H
H C
H
C
H
C
S-CoA
O
PropionilCoA carboxilasa
O
C
S-CoA
O
Metilmalonil CoA
epimerasa
H
H
O
C
H
C
C
H
Metilmalonil CoA
mutasa
O
C
H
H
O
C
H
C
H
C
S-CoA
O
Succinil-CoA
O
C
O
S-CoA
L-Metilmalonil-CoA
La enzima metilmalonil-CoA mutasa requiere como coenzima cobalamina.
La beta oxidación de los ácidos grasos insaturados plantea el problema de la posición y la
estereoquímica de los dobles enlaces. En efecto, la mayor parte de los dobles enlaces en los
ácidos grasos naturales son cis, mientras que en la beta oxidación se crea un doble enlace
trans. Los dobles enlaces cis no permiten la continuación de la ruta. Para solventar este
problema se emplean dos enzimas auxiliares (señaladas en verde en las figuras)
1) Caso de los ácidos monoinsaturados (p.ej. ácido oleico)
O
C
9
H
C
7
H
1
S CoA
3 rondas de beta-oxidación
C
9
H
H
O
S CoA
C
7
el doble enlace cis entre los carbonos 3 y 4
no permite la actuación de la
aci-CoA DH, que crea un doble enlace
trans entre los carbonos 2 y 3.
enoil-CoA isomerasa
O
H
C
C
H
C
7
S CoA
ya puede continuar la beta oxidación
2) Caso de los ácidos grasos poliinsaturados (p. ej., ácido linoleico).
Tras tres rondas de beta oxidación, la situación es la siguiente:
H
O
C
3
1
H
H H
3,4 cis
S CoA
C
enoil-CoA isomerasa
H
H
O
C
3
C
1
H
H H
S CoA
2,3 trans
O
beta-oxidación
H3C C
S CoA
O
C
H
S CoA
H H
beta-oxidación
acil-CoA deshidrogenasa
O
H
C
H
S CoA
2,3 trans 4,5 cis
H
H
NADPH + H+
2,4 dienoil-CoA reductasa
NADP+
O
H H
C
H
S CoA
3,4 cis
H
enoil-CoA isomerasa
H
O
C
H
S CoA
2,3 trans. Y ya puede continuar la
beta-oxidación
Como ejercicio, calcule
1) El número de moles de ATP que se producirían por la oxidación completa de una
molécula de ácido palmítico a CO2 y agua, asumiendo 2,5 ATP por par de electrones
transferidos desde el NADH al oxígeno, y 1,5 ATP por cada par de electrones
transferidos desde el FADH2 hasta el oxígeno.
2) El número de moles de agua producidos por la degradación completa de un mol del
triglicérido tripalmitoil glicerol.
3) Empleando el dato anterior, calcule el número de litros de agua que se producen por la
degradación total de 1 kg de tripalmitoil glicerol.