I triacilgliceroli vengono gradualmente degradati dalle lipasi tissutali.

L'enzima chiave della lipolisi è la TAG lipasi ormone-dipendente. Il glicerolo e gli acidi grassi formati in questa fase della disgregazione dei grassi vengono ossidati nei tessuti per produrre energia.

Esistono diverse opzioni per l'ossidazione degli acidi grassi: α - ossidazione, β - ossidazione, ω - ossidazione. La principale modalità di ossidazione degli acidi grassi è la β-ossidazione. Si verifica più attivamente nel tessuto adiposo, nel fegato, nei reni e nel muscolo cardiaco.

Β - ossidazione consiste nella scissione graduale di due atomi di carbonio da un acido grasso sotto forma di acetil-CoA, liberando energia. L'apporto di acidi grassi è concentrato nel citosol, dove avviene l'attivazione degli acidi grassi con la formazione di acil-CoA

L'efficienza energetica della beta ossidazione degli acidi grassi è costituita dall'energia dell'ossidazione dell'acetil-CoA nel ciclo di Krebs e dall'energia rilasciata nel ciclo beta stesso. Più lunga è la catena del carbonio, maggiore è l'energia di ossidazione di un acido grasso. Il numero di molecole di acetil-CoA da un dato acido grasso e il numero di molecole di ATP formate da esse sono determinati dalle formule:

n=N/2, dove n è il numero di molecole di acetil-CoA, N è il numero di atomi di carbonio nell'acido grasso.

Numero di molecole di ATP dovute all'ossidazione delle molecole di acetil-CoA = (N/2)*12

Il numero di cicli di β-ossidazione è uno in meno rispetto al numero di molecole di acetil-CoA formate, poiché nell'ultimo ciclo l'acido butirrico viene convertito in due molecole di acetil-CoA in un ciclo e viene calcolato con la formula

Numero di cicli β = (N/2)-1

Il numero di molecole di ATP nel ciclo β viene calcolato in base alla successiva ossidazione di NADH 2 (3 ATP) e FADH 2 (2 ATP) formati in esso secondo la formula

Numero di molecole di ATP prodotte nei cicli beta = ((N/2)-1)*5

2 legami macroergici dell'ATP vengono spesi per l'attivazione degli acidi grassi

La formula riassuntiva per calcolare la resa di ATP durante l’ossidazione di un acido grasso saturo è: 17(N/2)-7.

Quando gli acidi grassi con un numero dispari di atomi di carbonio vengono ossidati, si forma il succinil-CoA, che entra nel ciclo di Krebs.

Ossidazione degli acidi grassi insaturi nelle fasi iniziali rappresenta la normale beta ossidazione al sito del doppio legame. Se questo doppio legame è in posizione beta, l'ossidazione dell'acido grasso continua dal secondo stadio (aggirando lo stadio di riduzione FAD→FADN 2). Se il doppio legame non è nella posizione beta, il legame viene spostato nella posizione beta dagli enzimi enoiltransferasi. Pertanto, durante l'ossidazione degli acidi grassi insaturi, si forma meno energia secondo la formula (si perde la formazione di FADH2):

7(N/2)-7-2m, dove m è il numero di doppi legami.

Come già accennato, il corpo animale ottiene una parte significativa dell'energia estratta durante il processo di ossidazione dagli acidi grassi, che vengono scomposti per ossidazione all'atomo di carbonio β.

La β-ossidazione degli acidi grassi fu studiata per la prima volta nel 19004 da F. Knoop. Successivamente si è scoperto che la β-ossidazione avviene solo nei mitocondri. Grazie al lavoro di F. Linen e dei suoi colleghi (1954-1958), furono chiariti i principali processi enzimatici di ossidazione degli acidi grassi. In onore degli scienziati che scoprirono questo percorso di ossidazione degli acidi grassi, viene chiamato il processo di β-ossidazione Ciclo Knoop-Lino.

β-ossidazione- una via specifica del catabolismo degli acidi grassi, in cui 2 atomi di carbonio vengono separati in sequenza dall'estremità carbossilica dell'acido grasso sotto forma di acetil-CoA. La via metabolica - β-ossidazione - è così chiamata perché le reazioni di ossidazione degli acidi grassi avvengono nell'atomo di β-carbonio. Le reazioni di β-ossidazione e successiva ossidazione dell'acetil-CoA nel ciclo TCA (ciclo dell'acido tricarbossilico) servono come una delle principali fonti di energia per la sintesi di ATP attraverso il meccanismo della fosforilazione ossidativa. La β-ossidazione degli acidi grassi avviene solo in condizioni aerobiche.

Tutte le reazioni di ossidazione multistadio sono accelerate da enzimi specifici. La β-ossidazione degli acidi grassi superiori è un processo biochimico universale che si verifica in tutti gli organismi viventi. Nei mammiferi, questo processo avviene in molti tessuti, in particolare nel fegato, nei reni e nel cuore. L'ossidazione degli acidi grassi avviene nei mitocondri. Gli acidi grassi superiori insaturi (oleico, linoleico, linolenico, ecc.) vengono preliminarmente ridotti ad acidi saturi.

La penetrazione degli acidi grassi nella matrice mitocondriale è preceduta dalla loro Attivazione formando una connessione con coenzima A(HS~CoA), contenente un legame ad alta energia. Quest'ultimo apparentemente contribuisce a un corso più regolare delle reazioni di ossidazione del composto risultante, che viene chiamato acil coenzima A(acil-CoA).

L'interazione degli acidi grassi superiori con il CoA è accelerata da ligasi specifiche - acil-CoA sintetasi tre tipologie, specifiche rispettivamente per acidi con radicali idrocarburici corti, medi e lunghi. Sono localizzati nelle membrane del reticolo endoplasmatico e nella membrana esterna dei mitocondri. Tutte le acil-CoA sintetasi sembrano essere multimeri; Pertanto, l'enzima dei microsomi epatici ha un peso molecolare di 168 kDa ed è costituito da 6 subunità identiche. La reazione di attivazione degli acidi grassi avviene in 2 fasi:

a) dapprima l'acido grasso reagisce con l'ATP per formare aciladenilato:

RCOOH + ATP → RCO~AMP + FF

b) poi avviene la formazione della forma attivata di acil-CoA:

RCO~AMÔ + NS~KoA → RCO~SKoA + AMF

Il pirofosfato (PP) viene rapidamente idrolizzato dalla pirofosfatasi, per cui l'intera reazione è irreversibile: PP + H 2 O → 2P

Equazione riassuntiva:

RCOOH + ATP+ HS~CoA→ RCO~SKoA + AMF + 2P

Gli acidi grassi con catena corta e media (da 4 a 12 atomi di carbonio) possono penetrare nella matrice mitocondriale per diffusione, dove avviene la loro attivazione. Gli acidi grassi a catena lunga, che predominano nel corpo umano (da 12 a 20 atomi di carbonio), vengono attivati ​​dalle acil-CoA sintetasi situate sulla membrana esterna dei mitocondri.

La membrana mitocondriale interna è impermeabile agli acil-CoA a catena lunga formati nel citoplasma. Serve come trasportatore di acidi grassi attivati carnitina (vitamina Bt), che proviene dal cibo o viene sintetizzato dagli aminoacidi essenziali lisina e metionina.

La membrana esterna dei mitocondri contiene enzima carnitina aciltransferasi I(carnitina palmitoiltransferasi I), catalizzando la reazione con formazione di acilcarnitina:

RCO~SKoA + H 3 C- N + -CH 2 -CH-CH 2 -COOH ↔ H 3 C- N + -CH 2 -CH-CH 2 -COOH + HS~KoA

Acil-CoA Carnitina (B t) Acilcarnitina Coenzima A

Questo enzima ha un ruolo regolatore; regola la velocità di ingresso dei gruppi acilici nei mitocondri e, di conseguenza, la velocità di ossidazione degli acidi grassi.

L'acilcarnitina risultante passa attraverso lo spazio intermembrana verso il lato esterno della membrana interna e viene trasportata dalla carnitina acilcarnitina translocasi alla superficie interna della membrana mitocondriale interna, dove l'enzima carnitina aciltransferasi II catalizza il trasferimento di acile al CoA intramitocondriale, cioè la reazione inversa (Fig. 9).

Fig.9. Trasferimento di acidi grassi con lunghi radicali idrocarburici attraverso le membrane mitocondriali

Pertanto, l'acil-CoA diventa disponibile per gli enzimi β-ossidazione. La carnitina libera viene restituita al lato citosolico della membrana mitocondriale interna dalla stessa translocasi. Successivamente, l'acil-CoA viene incluso nelle reazioni di β-ossidazione.

Nella matrice mitocondriale, il catabolismo (rottura) dell'acil-CoA avviene come risultato di una sequenza ripetuta di quattro reazioni.

1) La prima reazione in ogni ciclo è la sua ossidazione da parte dell'enzima acil-CoA deidrogenasi, il cui coenzima è FAD. La deidrogenazione avviene tra gli atomi di carbonio β e α, determinando la formazione di un doppio legame nella catena del carbonio e il prodotto di questa reazione è l'enoil-CoA:

R-CH 2 -CH 2 CO~SKoA + FAD → R-CH=CHCO~SKoA + FADN 2

Acil-CoA Enoil-CoA

2) Nella seconda fase del ciclo di ossidazione degli acidi grassi, il doppio legame enoil-CoA viene idratato, dando luogo alla formazione di β-idrossiacil-CoA. La reazione è catalizzata da un enzima enoil-CoA idratasi:

R-CH=CHCO~SKoA +H 2 O → R-CH-CH 2 CO~SKoA

Enoil-CoA β-idrossiacil-CoA

3) Nella terza fase del ciclo, il β-idrossiacil-CoA subisce deidrogenazione (seconda ossidazione) con la partecipazione dell'enzima β-idrossiacil-CoA deidrogenasi, il cui coenzima è NAD+. Il prodotto di questa reazione è il β-chetoacil-CoA:

R-CH-CH 2 CO~SKoA + NAD + → R-CОCH 2 CO~SKoA + NADH + H +

β-idrossiacil-CoA β-chetoacil-CoA

4) La reazione finale del ciclo di ossidazione degli acidi grassi è catalizzata da acetil-CoA aciltransferasi (tiolasi). In questa fase, il β-chetoacil-CoA reagisce con il CoA libero e viene scisso per formare, in primo luogo, un frammento a due atomi di carbonio contenente i due atomi di carbonio terminali dell'acido grasso genitore sotto forma di acetil-CoA, e in secondo luogo, un CoA estere di acido grasso, ora accorciato di due atomi di carbonio. Per analogia con l'idrolisi, questa reazione viene chiamata tiolisi:

R-COCH 2 CO~SKoA + HS~KoA → CH 3 CO~SKoA + R 1 CO~SKoA

β-chetoacil-CoA Acetil-CoA Acil-CoA,

accorciato da

2 atomi di carbonio

L'acil-CoA accorciato subisce quindi il successivo ciclo di ossidazione, iniziando con una reazione catalizzata dall'acil-CoA deidrogenasi (ossidazione), seguita da una reazione di idratazione, una seconda reazione di ossidazione, una reazione di tiolasi, cioè questo processo si ripete molte volte (Fig. 10).

La β-ossidazione degli acidi grassi superiori avviene nei mitocondri. In essi sono localizzati anche gli enzimi del ciclo respiratorio, che portano al trasferimento di atomi di idrogeno ed elettroni all'ossigeno in condizioni di fosforilazione ossidativa dell'ADP, quindi la β-ossidazione degli acidi grassi superiori è una fonte di energia per la sintesi dell'ATP.

Figura 10. Ossidazione degli acidi grassi

Il prodotto finale della β-ossidazione degli acidi grassi superiori con numero pari di atomi di carbonioÈ acetil-CoA, UN con dispari- propionil-CoA.

Se acetil-CoA accumulati nel corpo, le riserve di HS~KoA verrebbero presto esaurite e l'ossidazione degli acidi grassi superiori si fermerebbe. Ma ciò non accade, poiché il CoA viene rapidamente rilasciato dall'acetil-CoA. Numerosi processi portano a questo: l'acetil-CoA è incluso nel ciclo degli acidi tricarbossilici e dicarbossilici o nel ciclo del gliossile, che gli è molto vicino, oppure l'acetil-CoA viene utilizzato per la sintesi di steroli e composti contenenti gruppi isoprenoidi, eccetera.

Propionil-CoA, che è il prodotto finale della β-ossidazione degli acidi grassi superiori con un numero dispari di atomi di carbonio, viene convertito in succinil-CoA, che viene utilizzato attraverso il ciclo degli acidi tricarbossilici e dicarbossilici.

Circa la metà degli acidi grassi nel corpo umano insaturo .

La β-ossidazione di questi acidi procede nel modo consueto fino a quando il doppio legame si trova tra il terzo e il quarto atomo di carbonio. Poi l'enzima enoil-CoA isomerasi sposta il doppio legame dalla posizione 3-4 alla posizione 2-3 e cambia la conformazione da cis a trans, necessaria per la β-ossidazione. In questo ciclo di β-ossidazione non avviene la prima reazione di deidrogenazione, poiché è già presente il doppio legame nel radicale dell'acido grasso. Inoltre, i cicli di β-ossidazione continuano, non diversamente dal percorso abituale. Le principali vie del metabolismo degli acidi grassi sono illustrate nella Figura 11.

Fig. 11. Principali vie del metabolismo degli acidi grassi

Recentemente è stato scoperto che oltre alla β-ossidazione, la via principale del catabolismo degli acidi grassi, anche il tessuto cerebrale α-ossidazione degli acidi grassi con il numero di atomi di carbonio (C 13 -C 18), cioè l'eliminazione sequenziale di frammenti di un carbonio dall'estremità carbossilica della molecola.

Questo tipo di ossidazione è più comune nei tessuti vegetali, ma può verificarsi anche in alcuni tessuti animali. L'α-ossidazione è di natura ciclica e il ciclo consiste di due reazioni.

La prima reazione consiste nell'ossidazione di un acido grasso da parte del perossido di idrogeno nella corrispondente aldeide e CO 2 con la partecipazione di uno specifico perossidasi:

Come risultato di questa reazione, la catena dell'idrocarburo viene accorciata di un atomo di carbonio.

L'essenza della seconda reazione è l'idratazione e l'ossidazione dell'aldeide risultante nel corrispondente acido carbossilico sotto l'influenza di aldeide deidrogenasi contenente la forma ossidata del coenzima NAD:

Il ciclo di α-ossidazione si ripete quindi di nuovo. Rispetto alla β-ossidazione, questo tipo di ossidazione è energeticamente meno favorevole.

ω-Ossidazione degli acidi grassi. Nel fegato degli animali e in alcuni microrganismi esiste un sistema enzimatico che fornisce l'ossidazione ω degli acidi grassi, cioè l'ossidazione nel gruppo terminale CH 3, indicato dalla lettera ω. Prima sotto l'influenza monoossigenasi l'idrossilazione avviene per formare ω-idrossiacido:

L'acido ω-idrossi viene quindi ossidato ad acido ω-dicarbossilico mediante l'azione del corrispondente deidrogenasi:

L'acido ω-dicarbossilico così ottenuto viene accorciato alle due estremità mediante reazioni di β-ossidazione.

si verifica nel fegato, nei reni, nei muscoli scheletrici e cardiaci e nel tessuto adiposo. Nel tessuto cerebrale, il tasso di ossidazione degli acidi grassi è molto basso; La principale fonte di energia nel tessuto cerebrale è il glucosio.

l'ossidazione della molecola di acido grasso nei tessuti corporei avviene nella posizione β. Di conseguenza, i frammenti a due atomi di carbonio vengono separati in sequenza dalla molecola di acido grasso sul lato del gruppo carbossilico.

Gli acidi grassi, che fanno parte dei grassi naturali di animali e piante, hanno un numero pari di atomi di carbonio. Qualsiasi acido di questo tipo da cui viene eliminata una coppia di atomi di carbonio alla fine passa attraverso lo stadio di acido butirrico. Dopo un'altra β-ossidazione, l'acido butirrico diventa acido acetoacetico. Quest'ultimo viene poi idrolizzato in due molecole di acido acetico.

La consegna degli acidi grassi al luogo della loro ossidazione - ai mitocondri - avviene in modo complesso: con la partecipazione dell'albumina, l'acido grasso viene trasportato nella cellula; con la partecipazione di proteine ​​speciali (proteine ​​leganti gli acidi grassi, FABP) – trasporto all'interno del citosol; con la partecipazione della carnitina - trasporto degli acidi grassi dal citosol ai mitocondri.

Il processo di ossidazione degli acidi grassi consiste nelle seguenti fasi principali.

Attivazioneacidi grassi. L'acido grasso libero, indipendentemente dalla lunghezza della catena idrocarburica, è metabolicamente inerte e non può subire alcuna trasformazione biochimica, inclusa l'ossidazione, finché non viene attivato. L'attivazione dell'acido grasso avviene sulla superficie esterna della membrana mitocondriale con la partecipazione di ATP, coenzima A (HS-KoA) e ioni Mg 2+. La reazione è catalizzata dall'enzima acil-CoA sintetasi:

Come risultato della reazione si forma acil-CoA, che è la forma attiva dell'acido grasso.

Si ritiene che l'attivazione dell'acido grasso avvenga in 2 fasi. Innanzitutto, l’acido grasso reagisce con l’ATP per formare aciladenilato, che è un estere dell’acido grasso e dell’AMP. Successivamente, il gruppo sulfidrilico del CoA agisce sull'aciladenilato strettamente legato all'enzima per formare acil-CoA e AMP.

Trasportoacidi grassidentro mitocondri. La forma coenzimatica dell'acido grasso, proprio come gli acidi grassi liberi, non ha la capacità di penetrare nei mitocondri, dove, infatti, avviene la loro ossidazione. La carnitina funge da trasportatore di acidi grassi a catena lunga attivati ​​attraverso la membrana mitocondriale interna. Il gruppo acilico viene trasferito dall'atomo di zolfo del CoA al gruppo ossidrile della carnitina per formare acilcarnitina, che si diffonde attraverso la membrana mitocondriale interna:

La reazione avviene con la partecipazione di uno specifico enzima citoplasmatico, la carnitina aciltransferasi. Già sul lato della membrana rivolto verso la matrice il gruppo acilico viene ritrasferito al CoA, il che è termodinamicamente favorevole, poiché il legame O-acile nella carnitina ha un elevato potenziale di trasferimento di gruppo. In altre parole, dopo che l'acilcarnitina passa attraverso la membrana mitocondriale, si verifica una reazione inversa: la scissione dell'acilcarnitina con la partecipazione di HS-CoA e carnitina aciltransferasi mitocondriale:

Intramitocondrialeossidazione degli acidi grassi. Il processo di ossidazione degli acidi grassi nei mitocondri cellulari comprende diverse reazioni enzimatiche sequenziali.

Primo stadio della deidrogenazione. L'acil-CoA nei mitocondri subisce prima una deidrogenazione enzimatica e l'acil-CoA perde 2 atomi di idrogeno nelle posizioni α e β, trasformandosi nell'estere CoA di un acido insaturo. Pertanto, la prima reazione in ogni ciclo di degradazione dell'acil-CoA è la sua ossidazione da parte dell'acil-CoA deidrogenasi, che porta alla formazione di enoil-CoA con un doppio legame tra C-2 e C-3:

Esistono diverse acil-CoA deidrogenasi contenenti FAD, ciascuna delle quali ha specificità per acil-CoA di una certa lunghezza della catena di carbonio.

Palcoscenicoidratazione. L'acil-CoA insaturo (enoil-CoA), con la partecipazione dell'enzima enoil-CoA idratasi, attacca una molecola d'acqua. Di conseguenza, si forma il β-idrossiacil-CoA (o 3-idrossiacil-CoA):

Si noti che l'idratazione dell'enoil-CoA è stereospecifica, come l'idratazione del fumarato e dell'aconitato (vedi p. 348). Come risultato dell'idratazione del doppio legame trans-Δ 2, si forma solo l'isomero L del 3-idrossiacil-CoA.

Seconda fasedeidrogenazione. Il risultante β-idrossiacil-CoA (3-idrossiacil-CoA) viene quindi deidrogenato. Questa reazione è catalizzata dalle deidrogenasi NAD+-dipendenti:

Tiolasireazione. Durante le reazioni precedenti, il gruppo metilene in C-3 veniva ossidato in un gruppo osso. La reazione della tiolasi è la scissione del 3-ossoacil-CoA utilizzando il gruppo tiolo della seconda molecola di CoA. Di conseguenza, si formano un acil-CoA accorciato di due atomi di carbonio e un frammento a due atomi di carbonio sotto forma di acetil-CoA. Questa reazione è catalizzata dall'acetil-CoA aciltransferasi (β-chetotiolasi):

L'acetil-CoA risultante subisce l'ossidazione nel ciclo dell'acido tricarbossilico e l'acil-CoA, accorciato di due atomi di carbonio, percorre nuovamente ripetutamente l'intero percorso di β-ossidazione fino alla formazione di butirril-CoA (composto a 4 atomi di carbonio), che a sua volta a sua volta viene ossidato fino a 2 molecole di acetil-CoA

Durante un ciclo di β-ossidazione si forma 1 molecola di acetil-CoA, la cui ossidazione nel ciclo del citrato garantisce la sintesi 12mol di ATP. Inoltre, si forma 1 mol di FADH 2 e 1 mol di NADH+H, durante l'ossidazione della quale nella catena respiratoria viene sintetizzato, rispettivamente 2 e 3 moli di ATP (5 in totale).

Pertanto, durante l'ossidazione, ad esempio, dell'acido palmitico (C16), 7 Cicli di β-ossidazione, che portano alla formazione di 8 mol di acetil-CoA, 7 mol di FADH 2 e 7 mol di NADH+H. Pertanto, l'output ATP è 35 molecole come risultato della β-ossidazione e 96 ATP derivante dal ciclo del citrato, che corrisponde al totale 131 Molecole di ATP.

L'ossidazione biologica degli acidi grassi può essere paragonata alla combustione degli idrocarburi: in entrambi i casi si osserva la massima resa di energia libera. Durante la b-ossidazione biologica della parte idrocarburica degli acidi grassi, si formano componenti attivati ​​a due carboni, che vengono ulteriormente ossidati nel ciclo TCA, e un gran numero di equivalenti riducenti, che portano alla sintesi di ATP nella catena respiratoria . La maggior parte delle cellule aerobiche sono in grado di ossidare completamente gli acidi grassi in anidride carbonica e acqua.

La fonte degli acidi grassi sono i lipidi esogeni o endogeni. Questi ultimi sono spesso rappresentati dai triacilgliceridi, che vengono depositati nelle cellule come fonte di riserva di energia e carbonio. Inoltre, le cellule utilizzano anche i lipidi polari della membrana, il cui rinnovamento metabolico avviene costantemente. I lipidi vengono scomposti da specifici enzimi (lipasi) in glicerolo e acidi grassi liberi.

b-ossidazione degli acidi grassi. Questo processo fondamentale di ossidazione degli acidi grassi avviene negli eucarioti nei mitocondri. Il trasporto degli acidi grassi attraverso le membrane mitocondriali è facilitato da carnitina(g-trimetilammino-b-idrossibutirrato), che lega una molecola di acido grasso in modo speciale, in conseguenza della quale le cariche positive (sull'atomo di azoto) e negative (sull'atomo di ossigeno del gruppo carbossilico) vengono avvicinate insieme e neutralizzarsi a vicenda.

Dopo il trasporto nella matrice mitocondriale, gli acidi grassi vengono attivati ​​dal CoA in una reazione ATP-dipendente catalizzata dall'acetato tiochinasi (Fig. 9.1). Il derivato acil-CoA viene quindi ossidato con la partecipazione dell'acil deidrogenasi. Nella cellula sono presenti diverse acil deidrogenasi specifiche per i derivati ​​CoA degli acidi grassi con diverse lunghezze di catena di idrocarburi. Tutti questi enzimi utilizzano FAD come gruppo prostetico. FADH 2 formato nella reazione come parte dell'acil deidrogenasi viene ossidato da un'altra flavoproteina, che trasferisce gli elettroni alla catena respiratoria come parte della membrana mitocondriale.

Il prodotto dell'ossidazione, l'enoil-CoA, viene idratato dall'enoil idratasi per formare b-idrossiacil-CoA (Fig. 9.1). Esistono enoil-CoA idratasi specifiche per le forme cis e trans dei derivati ​​enoil-CoA degli acidi grassi. In questo caso, il trans-enoil-CoA viene idratato stereospecificamente in Lb-idrossiacil-CoA e gli isomeri cis in D-stereoisomeri degli esteri -b-idrossiacil-CoA.

L'ultimo passaggio nelle reazioni di b-ossidazione degli acidi grassi è la deidrogenazione di L-b-idrossiacil-CoA (Fig. 9.1). L'atomo di carbonio b della molecola subisce ossidazione, motivo per cui l'intero processo è chiamato b-ossidazione. La reazione è catalizzata dalla b-idrossiacil-CoA deidrogenasi, che è specifica solo per le forme L di b-idrossiacil-CoA. Questo enzima utilizza il NAD come coenzima. La deidrogenazione degli isomeri D del b-idrossiacilCoA viene effettuata dopo un ulteriore stadio di isomerizzazione in L-b-idrossiacil-CoA (enzima b-idrossiacil-CoA epimerasi). Il prodotto di questa fase di reazioni è il b-chetoacil-CoA, che viene facilmente scisso dalla tiolasi in 2 derivati: acil-CoA, che è più corto del substrato attivato originale di 2 atomi di carbonio, e un componente acetil-CoA a due atomi di carbonio , scisso dalla catena degli acidi grassi (Fig. 9.1) . Il derivato acil-CoA subisce un ulteriore ciclo di reazioni di b-ossidazione e l'acetil-CoA può entrare nel ciclo dell'acido tricarbossilico per un'ulteriore ossidazione.

Pertanto, ogni ciclo di b-ossidazione degli acidi grassi è accompagnato dal distacco dal substrato di un frammento a due atomi di carbonio (acetil-CoA) e di due coppie di atomi di idrogeno, riducendo 1 molecola di NAD+ e una molecola di FAD. Il processo continua fino alla completa rottura della catena degli acidi grassi. Se l'acido grasso era costituito da un numero dispari di atomi di carbonio, la b-ossidazione termina con la formazione di propionil-CoA, che nel corso di numerose reazioni viene convertito in succinil-CoA e in questa forma può entrare nel ciclo TCA.

La maggior parte degli acidi grassi che compongono le cellule di animali, piante e microrganismi contengono catene di idrocarburi non ramificate. Allo stesso tempo, i lipidi di alcuni microrganismi e cere vegetali contengono acidi grassi i cui radicali idrocarburici hanno punti di ramificazione (di solito sotto forma di gruppi metilici). Se ci sono pochi rami e si verificano tutti in posizioni pari (negli atomi di carbonio 2, 4, ecc.), Il processo di b-ossidazione avviene secondo il solito schema con la formazione di acetil e propionil-CoA. Se i gruppi metilici si trovano negli atomi di carbonio dispari, il processo di b-ossidazione viene bloccato nella fase di idratazione. Questo dovrebbe essere tenuto in considerazione quando si producono detergenti sintetici: per garantire la loro rapida e completa biodegradazione nell'ambiente, solo le versioni con catene di idrocarburi diritte dovrebbero essere consentite per il consumo di massa.

Ossidazione degli acidi grassi insaturi. Questo processo viene effettuato rispettando tutte le leggi della b-ossidazione. Tuttavia, la maggior parte degli acidi grassi insaturi presenti in natura hanno doppi legami in punti della catena idrocarburica in modo tale che la successiva rimozione delle porzioni a due atomi di carbonio dall'estremità carbossilica produce un derivato acil-CoA in cui il doppio legame è in posizione 3-4. Inoltre, i doppi legami degli acidi grassi naturali hanno una configurazione cis. Affinché possa essere effettuata la fase di deidrogenazione con la partecipazione della b-idrossiacil-CoA deidrogenasi, specifica per le forme L di b-idrossiacil-CoA, è necessario un ulteriore stadio di isomerizzazione enzimatica, durante la quale si forma il doppio legame in la molecola di acido grasso derivata dal CoA si sposta dalla posizione 3-4 alla posizione 2-3 e la configurazione del doppio legame cambia da cis- a trans-. Questo metabolita funge da substrato per l'enoil idratasi, che converte il trans-enoil-CoA in Lb-idrossiacil-CoA.

Nei casi in cui il trasferimento e l'isomerizzazione di un doppio legame sono impossibili, tale legame viene ripristinato con la partecipazione del NADPH. La successiva degradazione dell'acido grasso avviene attraverso il consueto meccanismo della b-ossidazione.

Vie minori di ossidazione degli acidi grassi. La b-ossidazione è la via principale, ma non l'unica, del catabolismo degli acidi grassi. Così, nelle cellule vegetali, è stato scoperto il processo di a-ossidazione degli acidi grassi contenenti 15-18 atomi di carbonio. Questo percorso prevede l'attacco iniziale di un acido grasso da parte della perossidasi in presenza di perossido di idrogeno, con conseguente rimozione del carbonio carbossilico come CO 2 e l'ossidazione del carbonio in posizione a in un gruppo aldeidico. L'aldeide viene quindi ossidata con la partecipazione della deidrogenasi in un acido grasso superiore e il processo si ripete nuovamente (Fig. 9.2). Tuttavia, questo percorso non può garantire la completa ossidazione. Viene utilizzato solo per accorciare le catene degli acidi grassi e anche come bypass quando la β-ossidazione è bloccata a causa della presenza di gruppi laterali metilici. Il processo non richiede la partecipazione della CoA e non è accompagnato dalla formazione dell'ATP.

Alcuni acidi grassi possono anche subire un'ossidazione nell'atomo di carbonio w (ossidazione w). In questo caso, il gruppo CH 3 subisce idrossilazione sotto l'azione della monoossigenasi, durante la quale si forma un w-idrossiacido, che viene poi ossidato ad acido dicarbossilico. Un acido dicarbossilico può essere accorciato alle due estremità attraverso reazioni di b-ossidazione.

Allo stesso modo, nelle cellule dei microrganismi e in alcuni tessuti animali, avviene la decomposizione degli idrocarburi saturi. Nella prima fase, con la partecipazione dell'ossigeno molecolare, la molecola viene idrossilata per formare un alcol, che viene successivamente ossidato in un'aldeide e un acido carbossilico, attivato mediante l'aggiunta di CoA ed entra nel percorso della b-ossidazione.

I trigliceridi sotto forma di chilomicroni dalle cellule epiteliali dell'intestino tenue entrano nel fegato, nei polmoni, nel cuore, nei muscoli e in altri organi, dove vengono idrolizzati in glicerolo e acidi grassi. Quest'ultimo può essere ossidato in una via metabolica altamente esergonica nota come