Biochimica

NAD

+¿

NADH + . Dal momento che per ossidare un’intera molecola di palmitato si necessitano di 7

¿

H

cicli di ossidazione possiamo assumere che al netto vengono prodotti: 8 AcCoA, che entreranno

nel ciclo di Krebs o nella biosintesi degli acidi grassi, 7 FADH2, 7 NADH e 7 H+ utilizzati nella

fosforilazione ossidativa. Per ogni molecola di FADH2 vengono formati 1,5 ATP e per ogni NADH

2,5 ATP assumendo che la produzione di ATP per ciclo ammonta a 4 ATP: dal palmitato quindi

possiamo ricavare 28 ATP che sommati all’energia prodotta in seguito all’ossidazione delle 8 unità

acetiliche prodotte, circa di 80 ATP, si arriva a un totale di 108 ATP con un netto di 106 per il

dispendio energetico causato dall’attivazione dell’acido grasso. L’ossidazione degli acidi grassi

produce anche molta acqua che è quella utilizzata come riserva nella gobba del cammello o dagli

animali letargici: l’H2O proviene dal passaggio degli elettroni all’O2 e dalla formazione di ATP;

risulta infine una produzione di circa 131 molecole di H2O.

Quando vengono assunti acidi grassi a catena molto lunga (24-26 C) la beta-ossidazione procede

nei perossisomi degli epatociti, in cui è presente un complesso simile alla proteina trifunzionale e si

evidenziano le quattro tappe caratteristiche, l’unica differenza che si incontra avviene a livello del

primo step catalizzato dalla acilCoA deidrogenasi, chiamata nei perossisomi acilCoA ossidasi: gli

elettroni donati al FAD vanno direttamente all’O2 formando H2O2 con liberazione di calore ed essa

viene eliminata dalla catalasi e convertita in H2O e O2. Nei perossisomi non sono presenti i

complessi della fosforilazione ossidativa e di conseguenza questo organello si è adattato a questa

assenza mediante la produzione della catalasi; gli elettroni donati successivamente al NAD+

devono essere trasferiti al mitocondrio come anche l’AcCoA che viene prodotto alla fine del ciclo.

Un malfunzionamento in questo meccanismo perossisomiale provoca l’insorgenza di patologie

come l’adrenoleucodistrofia: a causa dell’assenza di un trasportatore funzionale degli acidi grassi a

lunga catena nei perossisomi, questi vengono accumulati in alte concentrazioni nel sangue. Il

decorso di tale malattia può portare alla perdita della vista, disturbi comportamentali, per la

degenerazione della mielina, e morte in pochi anni. L’olio di lorenzo contiene diversi acidi grassi a

lunga catena monoinsaturi che sono in grado di far fronte in parte alla malattia adrenoleucodistrofia

poiche’ questi acidi grassi competono con la formazione di altri acidi grassi a lunga catena: in

questo modo si abbassa la concentrazione di acidi grassi nel sangue e si assiste a una parziale

risoluzione delle problematiche patologiche a cui si puo’ incorrere.

Gli acidi grassi a C dispari in seguito alla beta-ossidazione, durante l’ultimo ciclo si formano AcCoA

che entra nel ciclo TCA e propionil-CoA che subisce altre 3 reazioni: la prima è catalizzata dalla

propionil CoA carbossilasi, coadiuvata dalla biotina, dando luogo alla formazione di D-metilmalonil-

CoA; in seguito un’epimerasi converte il substrato nella forma L poiche’ la seguente mutasi

riconosce solo isomeri L; infine si forma il succinil CoA che entrerà nel ciclo di Krebs. Quest’ultima

reazione è catalizzata da una mutasi cobalamina-dipendente: la 5’-deossiadenosil-cobalamina

mediante il gruppo deossiadenosilico prende il protone spostandolo dal C3 al C2 e impedisce il

mescolamento del protone nel mezzo acquoso.

Gli acidi grassi essenziali sono l’acido linoleico (18:2) e linolenico (18:3) e altri insaturi a lunga

catena: questi composti devono però subire altre 2 reazioni oltre a quelle presenti nella β-

ossidazione per la presenza di un doppio legame cis che non viene riconosciuto dall’idratasi.

La degradazione di acidi grassi monoinsaturi, come l’oleato, richiede l’intervento di un’unica

ulteriore reazione da parte di un’isomerasi, Δ3,Δ3-enoil-CoA isomerasi, che permetta

l’identificazione del doppio legame trans alla enoil-CoA idratasi. Alla reazione con i polinsaturi si

aggiunge un ulteriore reazione di riduzione; perciò la reazione procede in questo modo: nella

degradazione del linoleil-CoA dopo 3 cicli di beta-ossidazione, con formazione di 3 AcCoA, si arriva

a un composto cis-Δ3, cis-Δ6 che viene convertito da un’isomerasi in trans-Δ2, cis-Δ6; dopo un

ciclo di β-ossidazione si arriva a un composto trans-delta2, cis-delta4 che diviene il substrato di

una reduttasi NADPH-dipendente formando un trans-Δ3 riconosciuto dall’idratasi.

Un’ulteriore via d’ossidazione dei grassi è la ω-ossidazione che avviene negli epatociti e nelle

cellule del rene nel REL per acidi grassi a media catena e consta nell’ossidazione del CH3

terminale a gruppo -COOH: il processo e’ catalizzato da una monossigenasi o ossigenasi a

funzione mista che ossida sia il Cω che il NADPH donando gli elettroni all’ossigeno per formare

acqua; questo C viene ossidato fino allo stato di –COOH per entrare nel mitocondrio per essere

degradato con la via normale fino alla costituzione di un acido dicarbossilico che può entrare nel

ciclo di Krebs.

Per gli acidi grassi a catena ramificata, che non vengono riconosciuti dalla β-ossidazione a causa

di una ramificazione sul Cβ, esiste l’α-ossidazione nei perossisomi, catalizzata anch’essa da una

monossigenasi, che interessa in particolare l’acido fitanico che si forma nell’organismo per

ossidazione del fitolo, componente della clorofilla, presente nelle verdure e nei bovini. Una carenza

in questa monossigenasi porta alla sindrome di Refsum la cui sintomatologia porta a problemi

neurologici.

La maggior parte dell’AcCoA formato entra nel ciclo di Krebs ma una piccola parte può essere

trasformato in corpi chetonici, ovvero acetone, acetoacetato e D-β-idrossibutirrato: il primo viene

prodotto in piccole quantità e viene rilasciato con la respirazione, gli ultimi, in condizioni di carenza

di Glc, possono essere fonti alternative di energia per tessuti extraepatici, come il cervello,

muscolo scheletrico, corteccia renale e cuore. Nei mitocondri delle cellule del fegato possono

essere prodotti a partire da AcCoA: la prima reazione, catalizzata da una tiolasi, porta alla

condensazione di 2 AcCoA con formazione di acetoacetil-CoA e liberazione di CoA-SH;

l’acetoacetile viene in seguito riconosciuto dall’enzima citosolico β-idrossi-β-metilglutaril-CoA

sintasi (HMG-CoA sintasi) e catalizza la condensazione con un’altra molecola di AcCoA con

l’aggiunta di H2O; si forma così un D-HMG-CoA. Quest’ultimo diviene il substrato di una liasi che

scinde il composto in AcCoA e acetoacetato; da qui può essere catturato da una decarbossilasi

che porta alla formazione di acetone (la decarbossilazione può avvenire anche spontaneamente) o

essere riconosciuto da una D-β-idrossibutirrato deidrogenasi NADH-dipendente dando luogo alla

formazione di D-β-idrossibutirrato.

L’acetoacetato e il D-β-idrossibutirrato entrano poi in circolo per giungere i tessuti extraepatici ed

essere riconvertiti in AcCoA mediante varie reazioni: il secondo viene convertito dalla deidrogenasi

in acetoacetato e liberazione di NADH; l’acetoacetato viene preso dalla β-chetoacil-CoA trasferasi

che trasferisce il CoA dal succinil-CoA all’acetoacetato con produzione di succinato e acetoacetil-

CoA per essere scisso dalla tiolasi in 2 AcCoA ed entrare nel ciclo di Krebs.

i grassi bruciano al fuoco dei carboidrati poiche’ l’AcCoA entra nel ciclo TCA avviene soltanto se la

degradazione dei grassi e quella dei carboidrati sono bilanciate in modo appropriato: l’entrata

dell’AcCoA e’ dipendente dalla disponibilita’ di ossalacetato per la formazione di citrato, la

biosintesi degli acidi grassi viene portata avanti all’acido grasso sintasi a partire da AcCoA,

preceduta dall’inibizione della beta-ossidazione, in particolare dell’acil-carnitina-transferasi, una

volta che viene formato citrato dal ciclo TCA viene trasportato fuori dalla matrice mitocondriale e

nel citosol viene scisso dalla citrato liasi, utilizzando CoA, con idrolisi di ATP in AcCoA e

ossalacetato che viene ridotto dal NADH in malato, a questo punto il malico puo’ essere

trasformato in piruvico, con rilascio di CO2, dall’enzima malico che ha come coenzima NADP+,

quest’enzima e’ una fonte molto importante di NAPH insieme alla via dei pentoso-fosfati, l’acido

grasso sintasi, ad eccezione dei batteri, e’ un unico complesso proteico che permette le reazioni di

sintesi mediante i suoi domini, il cofattore di riduzione della via biosintetica e’ sempre il NADPH, il

trasportatore di acili ACP ha un’analogia strutturale con l’AcCoA, derivati dall’acido pantotenico,

l’ACP e’ una delle subunita’ dell’acido grasso sintasi che trasporta l’acetile al CoA, la fase

preparatoria e’ la carbossilazione dell’AcCoA a malonil-CoA, lungo il braccio flessibile della biotina,

costituita da acido valerianico (5C) si aggiunge il gruppo laterale della Lys, l’acetil CoA mediante

una transferasi si lega sulla Cys, dopo si carica il malonil sull’SH dell’ACP mediante la MT (malonil

transferasi), si ha in seguito la condensazione tra acetile e malonile per azione della chetoacil-ACP

sintetasi, con eliminazione di CO2 e il gruppo SH della Cys si libera e l’allungamento della catena

avviene sul residuo SH di ACP, si ha poi la riduzione del beta-chetogruppo ad opera della

betachetoaccil-ACP reduttasi con utilizzo di NADPH, si forma idrossibutirril con configurazione

dell’analogo intermedio della beta-ossidazione degli acidi grassi (beta-idrossiacile), dopo si ha una

deidratazione ad opera della idrossiacil-ACP deidratasi e formazione dell’insaturazione alfa-beta in

configurazione trans formando trans-butenoil ACP, viene poi ridotta l’insaturazione per mezzo della

enoil-ACP reduttasi utilizzando NADPH formando butirril-ACP, poi una transacetilasi opera la

traslocazione del butirrile dal sito di legame dell’ACP sulla Cys della KS, mano a mano che si

allunga la catena l’AT perde di specificita’: l’AT esprime anche un’attivita’ aciltransferasica, a

questo punto l’SH dell’ACP e’ disponibile per un nuovo ciclo ricevendo un nuovo malonil (il

complesso catalizza 2 biosintesi alla volta), il massimo numero di carboni dell’acido grasso sono

limitati e si puo’ formare al massimo acido palmitico, si consumano infine circa 14 ATP in seguito

alla biosintesi, i mammiferi hanno degli enzimi per convertire l’ac. Palmitico a catena piu’ lunga

(elongasi) e sono anche in grado di inserire insaturazioni (desaturasi) a patto