L'ossidazione degli acidi grassi

Ossidazione degli acidi grassi

Nella prima fase della β-ossidazione, gli acidi grassi vanno incontro alla rimozione ossidativa di unità bi-carboniose sotto forma di acetil-CoA, iniziando dall’estremità carbossiterminale della catena dell’acido grasso. Per esempio, l’acido palmitico a 16 atomi di carbonio subisce sette passaggi della sequenza ossidativa con la conversione finale della catena carboniosa in otto molecole di acetil-CoA.

Durante la formazione di ogni molecola di acetil-CoA vengono rimossi 4 atomi di idrogeno (due coppie di elettroni e quattro H+) dal gruppo acilico da parte della deidrogenasi.

Nella seconda fase dell’ossidazione degli acidi grassi, l’unità acetilica dell’acetil-CoA viene ossidata a CO₂ nel ciclo dell’acido citrico, anch’esso localizzato nella matrice dei mitocondri. Le prime due fasi dell’ossidazione degli acidi grassi riducono i trasportatori di elettroni NAD e FAD a NADH e FADH₂; nella terza fase questi coenzimi donano alla catena respiratoria dei mitocondri gli elettroni che hanno ricevuto per poi andare a ridurre l’ossigeno con la concomitante fosforilazione di ADP ad ATP.

La β-ossidazione degli acidi grassi saturi avviene in quattro reazioni

Nella prima fase sono coinvolte quattro reazioni enzimatiche.

1. Deidrogenazione

La prima è una deidrogenazione che produce un doppio legame tra gli atomi di carbonio trans Δ²-enoil-CoA, formando un doppio legame appena formato nella configurazione trans, mentre gli acidi grassi presenti in natura normalmente hanno doppi legami nella configurazione cis. Questa prima reazione è catalizzata da tre isozimi dell’acil-CoA deidrogenasi, ciascuno specifico per un ambito di lunghezza della catena di acidi grassi. Tutti e tre gli isozimi sono flavo proteine e hanno come gruppo prostetico il FAD. Gli elettroni rimossi dall’acil-CoA sono trasferiti al FAD e la forma ridotta della deidrogenasi dona immediatamente questi elettroni a un trasportatore di elettroni della catena respiratoria mitocondriale, la flavoproteina che trasferisce elettroni (ETF). L’ossidazione catalizzata dall’acil-CoA deidrogenasi è analoga a quella della succinato deidrogenasi del ciclo di Krebs; in entrambe le reazioni gli enzimi sono legati alla membrana mitocondriale interna e introducono nella molecola di un acido carbossilico un doppio legame tra gli atomi di carbonio α e β con il FAD che funge da accettore degli elettroni per poi cederli alla catena respiratoria.

2. Idratazione

Nella seconda fase di ossidazione degli acidi grassi, viene aggiunta al doppio legame del trans-Δ²-enoil-CoA una molecola d’acqua, formando lo stereoisomero L del β-idrossiacil-CoA. Questa reazione, catalizzata dall’enoil-CoA idratasi, è formalmente analoga a quella della fumarasi nel ciclo dell’acido citrico.

3. Deidrogenazione

Nella terza fase, l’L-β-idrossiacil-CoA viene deidrogenato a β-chetoacil-CoA ad opera della β-idrossiacil-CoA deidrogenasi; il NAD è l’accettore di elettroni. Il NADH che si forma in questa reazione dona i suoi elettroni alla NADH deidrogenasi. Reazione analoga a quella svolta nel ciclo di Krebs dalla malato deidrogenasi.

4. Scissione tiolica

La quarta e ultima fase del ciclo di ossidazione degli acidi grassi è catalizzata dall’acil-CoA acetiltrasferasi (o tiolasi), in cui il β-chetoacil-CoA reagisce con una molecola di coenzima A libero staccando un frammento a due atomi di carbonio sotto forma di acetil-CoA dalla regione carbossiterminale dell’acido grasso originale. L’altro prodotto della reazione è il tioestere dell’acido grasso con il coenzima A, ora accorciato di due atomi di carbonio. Le ultime tre tappe di questa sequenza a quattro reazioni sono catalizzate da due gruppi di enzimi a seconda delle catene degli acidi grassi.

Il legame singolo carbonio-carbonio che unisce i gruppi metilenici (-CH₂) negli acidi grassi è piuttosto stabile. La sequenza delle reazioni delle β-ossidazione è un meccanismo per destabilizzare e rompere questo tipo di legame. Le prime tre reazioni della β-ossidazione creano un legame C-C molto meno stabile, in cui il carbonio α (C-2) è legato a due atomi di carbonio carbonilici (C=O) (l’intermedio β-chetacil-CoA). La funzione chetonica presente sul carbonio β (C-3) rende la struttura reattiva.