Riassunti di Biochimica

A

1 REAZIONE: la formazione di un doppio legame

trans-α,β per deidrogenazione è catalizzata dal

flavoenzima acil-CoA deidrogenasi e porta alla

2

formazione di trans- Enoil-CoA. Esistono tre

isozimi dell’acil CoA deidrogenasi ciascuno

specifico per un ambito di lunghezza della catena di

acido grasso substrato: la deidrogenasi degli acil

CoA a catena lunga, VLCAD (catene da 12 a 18

atomi di C); la deidrogenasi degli acil CoA a catena

media, MCAD (per catene carboniose di 4/14 atomi

di C) e la acil-CoA deidrogenasi a catena corta,

SCAD (per catene carboniose di 4-8 atomi di C). Gli

elettroni rimossi dal acil-CoA sono trasferiti al FAD

legato all’enzima (che si riduce a FADH ) che a sua

2

volta trasferisce immediatamente questi elettroni

+

(riossidandosi a FAD ) ad un trasportatore di

elettroni nella catena respiratoria mitocondriale, la

flavoproteina che trasferisce elettroni ETF. ETF

trasferisce una coppia di elettroni dal FADH ad

2

una flavoproteina ferro-zolfo ETF: l’ubichinone

ossidoreduttasi, che a sua volta trasferisce una

coppia elettronica alla catena di trasporto degli

elettroni mitocondriale riducendo il coenzima Q

(CoQ). La riduzione di O ad H O tramite la catena

2 2

di trasporto degli elettroni porta alla sintesi di 2

ATP per ogni coppia di elettroni trasferita.

L’ossidazione catalizzata dall’acil-CoA deidrogenasi è analoga a quella catalizzata dalla

a

succinato deidrogenasi nella 6 del ciclo dell'acido citrico (rif. pagina 260): 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 e rispetto

268

Università di Catania LUIGI FIORENTINO Facoltà di Scienze Biologiche, L-13

al carbossile, il FAD è l'accettore degli elettroni che sono poi trasferiti alla catena

respiratoria e all'ossigeno.

A

- 2 REAZIONE: nella seconda fase dell’ossidazione degli acidi grassi viene aggiunta da parte

dell’enoil-CoA idratasi una molecola d'acqua al doppio legame del trans- formando 3-

L--idrossiacil-CoA; questa reazione è formalmente analoga a quella della fumarasi del

a

ciclo dell'acido citrico (7 reazione a pag. 258) in cui viene aggiunta una molecola d'acqua

.

ad un doppio legame

A +

- 3 REAZIONE: la deidrogenazione dipendente dal NAD del β-idrossiacil-CoA è mediata

dalla 3-L-idrossiacil-CoA deidrogenasi (enzima altamente stereospecifico) con la

conseguente formazione del corrispondente β-chetoil-CoA; il NADH che si forma in questa

reazione dona i suoi elettroni alla NADH deidrogenasi, un complesso coinvolto nel

trasporto degli elettroni nella catena respiratoria. Quando gli elettroni passano dal NADH

all’ossigeno come accettore finale della catena respiratoria, si forma ATP a partire dall’ADP;

-idrossiacil

la reazione catalizzata dalla CoA deidrogenasi è strettamente analoga a quella

catalizzata dalla malato deidrogenasi nell’ottava tappa del ciclo dell'acido citrico (pag.259).

A

- 4 REAZIONE: prevede la rottura del legame C −C catalizzata dalla Acil-CoA

α β

acetiltransferasi, meglio conosciuta come tiolasi, in una reazione di tiolisi (in analogia con

-chetoil

l’idrolisi) in cui il CoA reagisce con una molecola di coenzima A libero che, da



nucleofilo, attacca il carbonio carbonililico in idrolizzando il legame con il gruppo

metilenico. Si libera così un frammento a due atomi di carbonio dalla regione

carbossiterminale dell'acido grasso legato alla molecola di CoA, ossia un’unità di l’acetil-

CoA. L'altro prodotto della reazione è il tioestere dell'acido grasso, l’acil-CoA rimanente

(che nel caso dell’ossidazione del palmitato è il miristoil-CoA), ma con una catena acilica

ora raccorciata di due atomi di C. La sequenza delle reazioni della beta ossidazione è un

meccanismo molto efficace per destabilizzare e rompere i legami singoli Carbonio-Carbonio

(-CH -) naturalmente molto poco reattivi e alquanto inerti. Le prime 3 tappe infatti,

2

rendono molto meno stabile il carbonio metilenico in quanto costeggiato, su entrambi i



lati, da carboni carbonilici. La funzione chetonica sul carbonio lo rende un ottimo

elettrofilo, suscettibile all’attacco di un CoA-SH libero, parimenti, l’acidità degli idrogeni



legati al carbonio in e la stabilizzazione per risonanza del conseguente carbanione

rendono il gruppo -CH – CO – S – CoA un buon gruppo uscente, facilitando la rottura del

2

legame C −C

α β.

Le ultime tappe di questa sequenza a 4 reazioni sono catalizzate da due gruppi di enzimi a seconda

della lunghezza delle catene degli acidi grassi: per le catene con 12 o più atomi di carbonio le

reazioni sono catalizzate da un complesso multienzimatico associato alla proteina trifunzionale

 

TFP, questo complesso è un eterottamero con una composizione in subunità Ogni subunità

4 4.

 idrossiacil

ha una doppia attività, quella della enoil CoA idratasi e della CoA deidrogenasi



mentre alle subunità appartiene l'attività tiolasica. L’associazione di tre attività enzimatiche

sull’eterottamero consente l’incanalamento dei substrati da un sito all'altro senza che diffondano

fuori dalla superficie del complesso. Una volta accorciata la catena dell'acido grasso fino a

raggiungere i 12 atomi di carbonio o meno l'ulteriore ossidazione viene catalizzata da un gruppo di

4 enzimi presenti all'interno della matrice mitocondriale. Poiché l'ossidazione degli acidi grassi

consuma sostanze nutrienti importanti questo processo è sottoposto a regolazione in modo tale

269

Università di Catania LUIGI FIORENTINO Facoltà di Scienze Biologiche, L-13

che si possa attivare solo quando la cellula lo richiede. Nel fegato, gli acil-CoA a livello citosolico



possono andare incontro a due destini: la ossidazione da parte degli enzimi presenti nei

mitocondri oppure la conversione a triacilgliceroli o fosfolipidi da parte degli enzimi citosolici. La

scelta o dell’una o dell’altra dipende dalla velocità di trasferimento degli acil-CoA a catena lunga

nei mitocondri. La concentrazione del malonil-CoA, primo intermedio della biosintesi citosolica

degli acidi grassi a catena lunga a partire dall’acetil-CoA aumenta quando l’animale è ben fornito di

carboidrati. L’eccesso di glucosio che non può essere ossidato o conservato sotto forma di

glicogeno viene convertito in acidi grassi conservati poi come trigliceridi. L'inibizione della

carnitina aciltransferasi I da parte del malonil CoA rallenta l'ossidazione degli acidi grassi quando

il fegato dispone di molto glucosio come combustibile o quando sta sintetizzando triacilgliceroli



dallo zucchero in eccesso: due enzimi sono coinvolti nella ossidazione e sono regolati anche dai

meccanismi che segnalano un’abbondanza energetica. Quando infatti il rapporto tra

idrossiacil

+

[NADH]/[NAD ] è elevato la CoA deidrogenasi viene inibita, inoltre concentrazioni

elevate di acetil-coenzima A inibiscono la tiolasi. Al contrario la diminuzione della concentrazione

di ATP e l'aumento della concentrazione dell’AMP attiva la chinasi AMPK che fosforila diversi

enzimi tra cui l’acetil CoA carbossilasi inibendola e determinando così un calo della

concentrazione del malonil-CoA. A questo punto l’inibizione della carnitina aciltransferasi I viene

rimossa e il trasporto degli acidi grassi nei mitocondri per la beta ossidazione può riprendere.

La completa ossidazione di una molecola di acido grasso è un processo fortemente esoergonico

che produce numerose molecole di ATP. Ad esempio per l’ossidazione dell’acido palmitico 16:0 (a

partire dal palmitoil-CoA) sono necessari 7 cicli di β-ossidazione, con la generazione di 7 FADH , 7

2

NADH e 8 acetil-CoA. L’ossidazione degli 8 acetil-CoA, a sua volta, produce 8 GTP, 24 NADH e 8

FADH . Poiché la fosforilazione ossidativa delle 31 molecole di NADH produce 93 ATP e quella delle

2

15 molecole di FADH produce 30 ATP, sottraendo i 2 equivalenti di ATP necessari per la

2

formazione dell’acido grasso acil-CoA, l’ossidazione completa di una molecola di palmitato porta

a una resa di 129 molecole di ATP. Praticamente tutti gli acidi grassi di origine biologica

contengono solo doppi legami di tipo cis, che quasi sempre sono localizzati tra C9 e C10 (a cui ci si

9

riferisce con Δ o doppio legame 9). Ulteriori doppi legami, se ve ne sono, sono intervallati da tre

atomi di carbonio e quindi non sono mai coniugati.

- OSSIDAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI INSATURI: due esempi di acidi grassi insaturi sono

l’acido oleico e l’acido linoleico, nella β-ossidazione degli acidi grassi come l’acido

linoleico, i doppi legami creano due problemi risolti con l’azione di altri tre enzimi. 270

Università di Catania LUIGI FIORENTINO Facoltà di Scienze Biologiche, L-13

In relazione all’acido oleico 18:1 (figura

accanto) la difficoltà enzimatica si

incontra dopo il terzo ciclo di β-

ossidazione: il risultante enoil-CoA

3

contenente un doppio legame Δ cis-

β,non è un substrato dell’enoil-CoA

enoil-CoA

idratasi. L’enzima isomerasi,

3

tuttavia, converte il doppio legame cis-Δ

2

in doppio legame trans-Δ . Il composto

2

trans-Δ dodecenoil-CoA è il normale

substrato per l’enoil-CoA idratasi, per cui

la β-ossidazione può continuare. Nell’acido linoleico 18:2 (figura

accanto) uno dei doppi legami è a

livello di un atomo di carbonio

dispari (e al terzo ciclo viene risolto

con il meccanismo

precedentemente illustrato)

mentre l’altro è localizzato su un

atomo di carbonio pari. Questo

costituisce la successiva difficoltà

che si incontra al quinto ciclo di β-

ossidazione: la presenza di un

doppio legame a livello di un

atomo di carbonio pari porta alla

formazione di 2,4-dienoil-CoA, che

non è un buon substrato per

l’enoil-CoA idratasi. Tuttavia, la

2,4-dienoil-CoA reduttasi NADPH-

dipendente riduce il doppio

4

legame Δ ; la reduttasi dei 3

mammiferi genera trans- -enoil-

CoA, il quale, per procedere lungo

la via della β-ossidazione, deve

prima essere isomerizzato a trans-

 2

-enoil-CoA, ancora una volta,

mediante la reazione catalizzata

dalla 3,2-enoil-CoA isomerasi.

271

Univ