Biochimica

AMP.

② L'acil-CoA prodotto può rimanere nel citosol ed essere utilizzato per la sintesi di lipidi di

membrana, oppure può essere legato al gruppo ossidrilico della carnitina ad opera dell'enzima

carnitina acil trasnferasi I che si trova sulla membrana mitocondriale esterna; la reazione porta

al rilascio di coA a livello citoplasmatico.

La molecola di acil-carnitina attraversa la membrana mitocondriale esterna e viene trasportato

nella matrice dal trasportatore acil-carnitina/carnitina localizzato sulla membrana

mitocondriale interna; questo trasportatore agisce con un meccanismo di antiporto trasportando

le due molecole tra matrice mitocondriale e citoplasma.

La carnitina è quindi una molecola che permette il trasporto, mentre a realizzare il trasporto è una

proteina di membrana!!

③ L'enzima carnitina aciltransferasi II associato alla membrana mitocondriale interna catalizza

nuovamente la formazione di carnitina libera e acil-CoA a livello mitocondriale, a partire da coA e

acil-carnitina. La carnitina all'interno del mitocondrio ritorna al citoplasma, mentre l'acil-CoA nel

mitocondrio va incontro a un processo di β-ossidazione che prevede il distacco di unità a due atomi

di C, ovvero molecole di acetil-CoA che entrano nel ciclo di Krebs dove vengono ossidate.

Con questo meccanismo i pool di coA citoplasmatici e mitocondriale non vengono scambiati!!

β-ossidazione degli acidi grassi

L'acil-CoA all'interno del mitocondrio va incontro ad un processo di β-ossidazione dei C in

posizione 2 e 3 che prevede tre fasi:

1. rimozione di unità bicarboniose sotto forma di acetil-CoA

2. ossidazione dell'acetil-CoA a CO nel ciclo di Krebs

2

3. riossidazione dei coenzimi ridotti nella catena respiratoria

La prima fase dell'ossidazione prevede quattro reazioni enzimatiche. Per prima cosa si ha una

deidrogenazione ad opera dell'enzima acil-CoA deidrogenasi che forma un doppio legame tra i

carboni α (C2) e β (C3) dell'acido grasso. Tutte le acil-CoA deidrogenasi sono flavoproteine, quindi

gli elettroni rimossi dall'acil-CoA vengono trasferiti su una molecola di FAD che si riduce a FADH .

2

La reazione porta alla formazione di una molecola di enoil-CoA che presenta un doppio legame tra

il carbonio α e il carbonio β; questo legame è in trans mentre in natura negli acidi grassi si trovano

solo legami in cis. 70

Al doppio legame viene aggiunta una molecola di H O ad opera dell'enzima enoil-CoA idratasi; la

2

reazione produce L-β-idrossiacil-CoA che viene convertita dall'enzima β-idrossiacil-CoA

deidrogenasi in β-chetoacil-CoA con formazione di una molecola di NADH.

La molecola di β-chetoacil-CoA è reattiva grazie al gruppo carbonile: l'enzima acil-CoA

acetiltrasferasi catalizza la rottura della molecola mediante una molecola di CoA libero e genera

un'altra molecola di acil-CoA con due C in meno e una molecola di acetil-CoA che entra nel ciclo di

Krebs.

Questa serie di reazioni si ripetono fino a che l'intera molecole di acil-CoA viene ridotta a molecole

di acetil-CoA: ad esempio l'acido palmitico (CH -(CH ) -C=O ScoA) va incontro a 7 cicli di β-

3 2 14

ossidazione e genera 8 molecole di Acetil-CoA.

La reazione di ossidazione dell'acido palmitico in termini di coenzimi determina

+

7FAD + 7NAD → 7FADH + 7NADH

2

Quindi in termini energetici vengono recuperate

- da FADH 1,5 x 7 = 10,5 molecole di ATP

2

- da NADH 2,5 x 7= 17,5 molecole di ATP

in totale dall'acido palmitico vengono recuperate 28 molecole di ATP dalla sola riossidazione dei

coenzimi ridotti; a questa resa energetica va aggiunta quella derivante dall'ossidazione delle 8

molecole di acetil-CoA nel ciclo di Krebs (8 x 10= 80 molecole di ATP): in totale vengono prodotte

108 molecole di ATP a partire da un'unica molecola di acido palmitico!

Il processo di β-ossidazione è strettamente aerobio poiché gli equivalenti riducenti generati

possono essere riossidati solo attraverso la catena respiratoria.

Ossidazione degli acidi grassi insaturi

I trigliceridi presenti in natura sono costituiti anche da acidi grassi insaturi: in posizione 2 infatti

deve essere sempre presente un acido grasso insaturo mentre circa il 50% dei trigliceridi contiene

un acido grasso insaturo anche in posizione 3.

Il grado di insaturazione è legato al grado di fluidità della membrana: la presenza degli acidi grassi

insaturi è necessaria per ottenere strutture semifluide; una lipoproteina non potrebbe circolare se

nel core idrofobico fossero presenti solo acidi grassi saturi.

Anche in questo caso a maggior stato di ossidazione corrisponde una resa energetica inferiore:

poiché un acido grasso con un doppio legame possiede un maggior grado di ossidazione rispetto ad

uno saturo la resa energetica sarà inferiore.

I doppi legami degli acidi grassi sono in configurazione cis; durante la β-ossidazione la presenza di

doppi legami cis non permette l'azione dell'enoil-CoA idratasi che può riconoscere solo doppi

legami trans. Il legame viene quindi convertito in un doppio legame trans dall'enzima enoil-CoA

isomerasi che permette alla molecola di rientrare nel ciclo della β-ossidazione saltando però la

tappa dell'acil-CoA deidrogenasi: questo determina la produzione di una molecola in meno di

FADH e quindi una resa energetica inferiore.

2

Nel caso in cui l'acido grasso sia polinsaturo l'introduzione del doppio legame in trans tra C2 e C3

durante la β-ossidazione porta alla formazione di due doppi legami adiacenti in conformazione

trans – cis: l'intervento dell'enzima dienoil-CoA reduttasi permette di ridurre i due doppi legami

ad un singolo doppio legame in cis; questo viene poi convertito in un doppio legame in trans

dall'enoil-CoA isomerasi in modo da proseguire nella β-ossidazione.

Questo passaggio però determina un'ulteriore perdita energetica poiché non viene consumato un

+

FAD bensì un NAD dall'enzima reduttasi.

La β-ossidazione interviene solo su acidi grassi a numero pari di atomi di carbonio.

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Ossidazione di acidi grassi a numero dispari di atomi di carbonio

Gli acidi grassi a numero dispari di atomi d C sono rari nella dieta dell'uomo ma comunque

presenti. Il processo di β-ossidazione è uguale a quello degli altri acidi grassi ad eccezione

dell'ultimo ciclo che coinvolge una molecola a 5 atomi di C che genera come prodotti acetil-CoA e

propionil-CoA: il primo entra nel ciclo di Krebs, il secondo invece deve essere riarrangiato per

poter entrare nel ciclo glicolitico.

Il proprionil-coA viene convertito dall'enzima proprionil-CoA carbossilasi in metilmalonil-CoA:

essendo una carbossilasi questo enzima è biotina-dipendente e utilizza una molecola di CO ed una

2

molecola di ATP per formare il complesso carbossibiotina.

Il D-metilmalonil-CoA generato viene convertito dalla metailmlonil-CoA epimerasi nel suo

epimero L-metilmalonil-CoA; questa molecola subisce poi un riarrangiamento e viene convertita in

succinil-CoA dall'enzima metilmanoil-CoA mutasi; questo enzima necessita del coenzima B , il

12

quale deriva dalla vitamina B , che interviene come accettore transitorio di un H radicale e

12

permette il trasferimento del gruppo funzionale sul C che è stato reso reattivo mediante rimozione

di un H.

Il succinil-CoA può quindi prendere due vie: entrare nel ciclo di Krebs e generare energia oppure

può essere convertito in ossalacetato ed entrare nel ciclo di gluconegenesi; questa è l'unica

eccezione in cui gli acidi grassi possono generare glucosio!!

β-ossidazione nei perossisomi

Gli acidi grassi molto lunghi non hanno affinità per i sistemi di trasporto mitocondriali, quindi

devono essere ridotti di dimensioni (C=20) fuori dal mitocondrio: questo accorciamento della

catena avviene nei perossisomi.

L'enzima acil-CoA ossidasi FAD-dipendente genera doppi legami a livello della catena carboniosa

dell'acido grasso e utilizza direttamente O come accettore di elettroni generando H O . L'acido

2 2 2

grasso viene poi tagliato in due molecole con una catena più corta che possono entrare nel ciclo

della β-ossidazione.

Corpi chetonici

L'acetil-CoA prodotto può entrare nel ciclo di Krebs se la quantità di ossalacetato è tale da

consentire il turnover; quando invece la disponibilità di ossalacetato diminuisce o la quantità di

acetil-CoA generato dagli acidi grassi è superiore rispetto alla sua capacità di utilizzo in Krebs con

un conseguente rapporto acetil-CoA/ossalacetato sbilanciato, il ciclo di Krebs non è capace di

smaltire l'acetil-CoA prodotto: questo viene recuperato e nel fegato viene convertito in corpi

chetonici, molecole che vengono trasportate ai tessuti (cuore, cervello..) dove vengono ossidati nel

ciclo di Krebs per generare energia.

I corpi chetonici sono acetone, acetoacetato e β-idrossibutirrato e vengono generati dalla

condensazione di molecole di acetil-CoA in quattro passaggi:

① due molecole di acetil-CoA condensano con un reazione uguale ma inversa all'ultima tappa della

β-ossidazione e generano acetoacetil-CoA e coA libero

② l'acetoacetil-CoA condensa con una terza molecola di acetil-CoA grazie all'enzima HMG-CoA

sintasi e genera β-idrossi-β-metilglutaril-CoA (HMG-CoA)

③ β-idrossi-β-metilglutaril-CoA viene scissa da una liasi a formare una molecola di acetoacetato

libero e actil-CoA.

④ l'acetoacetato viene ridotto a β-idrossibutirrato con una reazione reversibile oppure può

generare acetone mediante decarbossilazione (irreversibile).

I corpi chetonici vengono quindi immessi in circolo per poter essere utilizzati: il β-idrossibutirrato

viene riconvertito in acetoacetato, il quale viene poi attivato in due modi:

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il succinil-CoA dona una molecola di coA che reagisce con l'acetoacetato a formare una

1. molecola di acetoacetil-CoA che viene poi scissa in due molecole di acetil-CoA che possono

entrare nel ciclo di Krebs; la reazione è catalizzata dall'enzima tioforasi e prevede un

consumo di energia mediante il consumo di succinil-CoA

2. reagisce con una molecola di coA-SH e mediante il consumo di una molecola di ATP forma

acetoacetil-CoA (e AMP + PP ).

i

Biosintesi degli acidi grassi

La di sintetizzare acidi grassi è condivisa da tutte le cellule ma alcuni tessuti sono particolarmente

impegnati nel processo di biosintesi dei lipidi:

- fegato → ha la funzione di immagazzinare l'energia in eccesso

- tessuto adiposo → sintetizza acidi grassi de novo; la sintesi degli acidi grassi parte da una

struttura a 2 atomi di C che è uno dei prodotti intermedi del catabolismo del glucosio

- intestino

- g