DEGRADACIÓN DE LÍPIDOS (IV): LA β-OXIDACIÓN MITOCONDRIAL

Consideraremos como ejemplo un caso general, la β-oxidación del palmitoil-CoA, (16:0):

• La primera reacción de la β-oxidación es catalizada por la enzima Acil-CoA deshidrogenasa, una enzima soluble, de la cual obtendremos una molécula de transΔ²-enoil-CoA, que contiene una insaturación entre el carbono dos y tres, en conformación trans. Además, produciremos poder reductor en forma de FADH₂, que rápidamente se irá a la cadena respiratoria, para reducir a la ubiquinona, y en total, proporcionarnos 2 ATPs (o 1,5, según la estimación que hagamos).
• A continuación, el transΔ²-enoil-CoA se convertirá en L-β-Hidroxi-acil-CoA, en una reacción mediado por la enzima Enoil-CoA hidratasa, que unirá al sustrato una molécula de agua. La Enoil-CoA hidratasa es una enzima asociada a la membrana. Además, es importante precisar que únicamente la forma L de la β-Hidroxi-acil-CoA podrá ser catalizada por la siguiente enzima de la reacción, puesto que es esteroespecífica. Además, hay que destacar que esta última reacción ha oxidado más aún a la molécula, añadiendo un oxigeno y formando un grupo hidroxilo.
• La β-hidroxiacil-CoA deshidrogenas catalizará la conversión de la molécula de L-β-Hidroxi-acil-CoA en β-cetoacil-CoA. Destacar que la enzima tiene esteroespecificidad, como hemos adelantado antes, y además, durante la reacción, se produce poder reductor, en forma de NADH+H⁺, que también servirá para obtener ATP gracias a la cadena respiratoria (3 o 2,5). A partir del producto de esta reacción también se pueden sintetizar cuerpos cetónicos, unos compuestos que se utilizan como sustratos alternativos del catabolismo con el objetivo de obtener energía en caso de no contar con suficiente glucosa para administrar a ciertos tejidos del organismo.
• Finalmente, la β-cetoacil-CoA se convertirá en una molécula de Acetil-CoA y en el FFA original menos dos carbonos. La enzima que cataliza esta reacción es una tiolasa (o Acetil-CoA acetil transferasa), y requiere de la adición de un grupo SH-CoA.

Esquema de la β-oxidación del palmitoil-CoA

ESTEQUIOMETRIA Y RENDIMIENTO ENERGÉTICO

¿Cuanto rinde una vuelta de la β-oxidación?

1 Acetil-CoA + 1 NADH+H⁺ + 1 FADH₂

El acetil es oxidado en el ciclo de Krebs y se obtienen 3 NADH+H⁺, 1 FADH₂ i 1 GTP.

En total, suman 17 ATPs

¿Cuanto rinde la β-oxidación del palmitoil-CoA?

Sabemos que es una molécula de 16 carbonos, así que haremos un total de 7 vueltas (la última reacción nos proporcionará los dos últimos acetil-CoAs a la vez) y obtendremos 8 Acetil-CoAs. En total, suman 7 NADH+H⁺, 7 FADH₂, i 8 Acetil-CoAs (3 NADH+H⁺, 1 FADH₂ i 1 GTP cada uno de ellos). Una cantidad final de 131 ATPs. No obstante, hay una pérdida de 2 electrones (debido a la activación del FFA). Por lo tanto, el balance final es de 129 aTPs.

¿Cuáles son las ventajas del metabolismo lipídico? Principalmente, existen dos razones por las cuales este tipo de catabolismo es muy eficiente:

1. Eficiencia energética: En el caso de Ácido Palmítico, ΔG0⁰’ = -9790 KJ/mol. Para la síntesis de los 129 ATP se requiere: ΔG0^0’= 3233 KJ / mol (1/3 parte de la energía producida con la oxidación del ácido palmítico). Esta es la máxima eficiencia biológica obtenida, similar a la de la glucosa, pero con mayor rendimiento (8ATPs/1C en el caso del FFA, mientras que la glucosa obtiene 6ATPs/1C, dando como resultado un 33% de eficiencia extra para el FFA)
2. Producción de agua metabólica. Se producen un total de 145 moléculas de agua durante la oxidación del ácido palmítico. Servirá como Fuente de agua para organismos marinos que hibernan u otros que habitan ambientes áridos (por ejemplo el camello, cuya grasa constituye su reservorio de agua).