Molecular
de manera similar a las secciones anteriores, el proceso y los pasos enzimáticos de la espiral de beta-oxidación se someterán principalmente a discusión con las vías de oxidación alternativas mencionadas más adelante, ya que pertenecen y producen productos metabólicos destinados a la beta-oxidación mitocondrial. También se discutirá la variación de la estructura molecular de los ácidos grasos y las enzimas adicionales requeridas.,
La beta-oxidación mitocondrial de ácidos grasos requiere cuatro pasos, todos los cuales ocurren en la matriz mitocondrial, para producir tres moléculas de almacenamiento de energía por ronda de oxidación, incluyendo un NADH, un FAD(H2), y una molécula de acetil CoA.
Paso 1. La primera enzima requerida se llama acil CoA deshidrogenasa, y como otras enzimas involucradas en el manejo de ácidos grasos, es específica de la longitud de la cadena. Los miembros de esta familia de enzimas incluyen las acil-CoA deshidrogenasas de cadena larga, de cadena media y de cadena corta (LCAD), (MCAD) y (SCAD), respectivamente., Estas enzimas catalizan la formación de un doble enlace trans entre los carbonos alfa y beta en las moléculas de acil CoA mediante la eliminación de dos electrones para producir una molécula de FAD (H2), que finalmente representa 1,5 moléculas de ATP producidas en la cadena de transporte de electrones (ETC).
Paso 2. A continuación, la enzima, enoil coa hidratasa, realiza un paso de hidratación del doble enlace entre los carbonos alfa y beta; esto resulta en la adición de un grupo hidroxilo (OH-) al carbono beta y un protón (H+) al carbono alfa. No hay producción de energía asociada con este paso.
Paso 3., Después de la hidratación, el siguiente paso es llevado a cabo por la beta-hidroxil acil CoA deshidrogenasa; como su nombre lo indica, se eliminan electrones y dos protones del grupo hidroxilo y el carbono beta adjunto, para oxidar el carbono beta y producir una molécula de NADH. Cada molécula de NADH dará lugar a la producción de 2,5 moléculas de ATP a partir del ETC.
Paso 4. El paso final en la oxidación Beta implica la escisión del enlace entre el carbono alfa y beta por CoASH. Este paso es catalizado por la beta-ceto tiolasa y es una reacción tiolítica., La reacción produce una molécula de acetil CoA y un acil CoA graso que es dos carbonos más corto. El proceso puede repetirse hasta que el ácido graso de cadena uniforme se haya convertido completamente en acetil CoA.
Los pasos 1 a 4 se refieren a la beta-oxidación de un ácido graso saturado con un esqueleto de carbono con número par. Los ácidos grasos insaturados, como el oleato (18:1) y el linoleato (18:2), contienen dobles enlaces cis que deben isomerizarse a la configuración trans (enoil coa isomerasa) o reducirse a expensas de una molécula NADPH (2,4-dienoil CoA reductasa).,
Los ácidos grasos de cadena impar sufren beta-oxidación de la misma manera que los ácidos grasos de cadena par; sin embargo, una vez que una cadena de cinco carbonos permanece, la espiral final de beta-oxidación producirá una molécula de acetil CoA y una molécula de propionil CoA. Esta molécula de tres carbonos se puede convertir enzimáticamente en succinil CoA, formando un puente entre el ciclo de TCA y la oxidación de ácidos grasos.,
La beta-oxidación de VLCFA en peroxisomas ocurre por un proceso similar a la beta-oxidación mitocondrial; sin embargo, existen algunas diferencias clave, incluyendo el hecho de que diferentes genes codifican enzimas de oxidación de ácidos grasos en peroxisomas, lo que es significativo es ciertos errores innatos del metabolismo. La enzima responsable de la producción de un doble enlace entre el carbono alfa y beta en el primer paso de la vía peroxisomal es una oxidasa y dona electrones al oxígeno molecular para producir peróxido de hidrógeno, en lugar de almacenar electrones en FAD(H2) como reducción del potencial para el ETC., Los tres pasos restantes son similares a los pasos mitocondriales. Otra diferencia notable implica el grado en que se produce la beta-oxidación; puede ocurrir hasta su finalización, terminando en la producción de moléculas de acetil CoA que pueden ingresar al citosol o ser transportadas a las mitocondrias unidas a la carnitina. La carnitina también puede transferir ácidos grasos de cadena corta a media a la matriz mitocondrial para completar la oxidación.
Los ácidos grasos de cadena ramificada también requieren una modificación enzimática adicional para entrar en la ruta de la Alfa-oxidación dentro de los peroxisomas., El ácido fitánico, ácido 3,7,11,14-tetrametilhexadecanoico, requiere enzimas peroxisomales adicionales para someterse a la beta-oxidación. El ácido fitánico se activa inicialmente a fitanil CoA; luego, la fitanil coa hidroxilasa (Alfa-hidroxilasa), codificada por el gen PHYH, introduce un grupo hidroxilo al carbono alfa. El enlace Alfa carbono-hidroxilo luego sufre dos rondas sucesivas de oxidación a ácido pristánico. El ácido pristánico sufre beta-oxidación, que produce acetil CoA y propionil CoA en rondas alternativas., Al igual que con la beta-oxidación peroxisomal de VLCFA, este proceso generalmente termina cuando la longitud de la cadena de carbono alcanza 6-8 carbonos, momento en el que la molécula es transportada a las mitocondrias por la carnitina para la oxidación completa a dióxido de carbono y agua.
Omega-oxidación de ácidos grasos en el retículo endoplásmico funciona principalmente para hidroxilar y oxidar ácidos grasos a ácidos dicarboxílicos para aumentar la solubilidad en agua para la excreción en la orina. Esta conversión enzimática se basa en la superfamilia del citocromo P450 para catalizar esta reacción entre los compuestos xenobióticos y el oxígeno molecular., Las deficiencias en algunas enzimas de oxidación de ácidos grasos pueden resultar en acumulación, y por lo tanto, la regulación ascendente de la oxidación omega, el aumento del suero y los ácidos dicarboxílicos de cadena media de la orina pueden ser diagnósticos de ciertas deficiencias y se discutirán en la sección «significación clínica».
