β-oxidación

 ¿Qué es?

Se denomina beta-oxidación (o también β-oxidación) al proceso catabólico necesario para que los ácidos grasos puedan ser metabolizados completamente en la mitocondria con el objetivo de producir energía en forma de ATP.

El proceso de oxidación de los ácidos grasos se denomina β-oxidación porque ocurre a través de la remoción secuencial de dos unidades de carbono por oxidación en la posición del carbono-β de la molécula de acil-CoA grasa (Raimann y Cornejo 2007).

¿Dónde ocurre?

La oxidación beta ocurre en las mitocondrias de las células eucariotas y en el citosol de las células procariotas. Sin embargo, antes de que esto suceda, los ácidos grasos deben ingresar primero a la célula y, en el caso de las células eucariotas, a las mitocondrias. En los casos en que las cadenas de ácidos grasos son demasiado largas para entrar en las mitocondrias, la oxidación beta también puede tener lugar en los peroxisomas (Koolman & Röhm 2009)

En primer lugar, los transportadores de proteínas de ácidos grasos permiten que los ácidos grasos crucen la membrana celular y entren en el citosol, ya que las cadenas de ácidos grasos cargados negativamente no pueden cruzarlo de otra manera. Luego, la enzima acil-CoA sintasa grasa (o FACS) agrega un grupo CoA a la cadena de ácidos grasos, convirtiéndola en acil-CoA.

Dependiendo de la longitud, la cadena acil-CoA entrará en las mitocondrias de una de dos maneras:

1. Si la cadena de acil-CoA es corta, puede difundirse libremente a través de la membrana mitocondrial.

2. Si la cadena de acil-CoA es larga, debe ser transportada a través de la membrana por el transbordador de carnitina. Para esto, la enzima carnitina palmitoiltransferasa 1 (CPT1), unida a la membrana mitocondrial externa, convierte la cadena acil-CoA en una cadena de acilcarnitina, que puede ser transportada a través de la membrana mitocondrial por translocasa de carnitina (CAT). Una vez dentro de la mitocondria, CPT2, unido a la membrana mitocondrial interna, convierte la acilcarnitina de nuevo en acil-CoA. En este punto, el acil-CoA está dentro de las mitocondrias y ahora puede sufrir oxidación beta  (Koolman & Röhm, 2009).

(Koolman & Röhm, 2009).

 Activación de los ácidos grasos

El paso previo a esas cuatro reacciones es la activación de los ácidos grasos a acetil coenzima A, la cual tiene lugar en el retículo endoplasmático (RE) o en la membrana mitocondrial externa, donde se halla la acil-CoA sintetasa, la enzima que cataliza esta reacción:

R–COOH + ATP + CoASH →Acil-CoA sintetasa→ R–CO–SCoA + AMP + PPi + H2O

El ácido graso se une al coenzima A, reacción que consume dos enlaces de alta energía del ATP (Devlin, 2004).

Entrada a la matriz mitocondrial

Posteriormente debe usarse un transportador, la carnitina, para translocar las moléculas de acil-CoA al interior de la matriz mitocondrial, ya que la membrana mitocondrial interna es impermeable a los acil-CoA.

La carnitina se encarga de llevar los grupos acilo al interior de la matriz mitoncondrial por medio del siguiente mecanismo.

La carnitina es fuertemente inhibida por el malonil-CoA, uno de los pasos reguladores en el proceso de lipogénesis.

1. La enzima carnitina palmitoiltransferasa I (CPTI) de la membrana mitocondrial externa elimina el coenzima A de la molécula de acil-CoA y, a la vez, la une a la carnitina situada en el espacio intermembrana, originado acilcarnitina; el CoA queda libre en el citosol para poder activar otro ácido graso.

2. A continuación, una proteína transportadora, llamada translocasa, situada en la membrana mitocondrial interna, transfiere la acilcarnitina a la matriz mitoncondrial y, paralelamente, la carnitina palmitoiltransferasa II (CPTII) une una molécula de CoA de la matriz al ácido graso, regenerando así el acil-CoA .

3. La carnitina se devuelve al espacio intermembrana por la proteína transportadora y reacciona con otro acil-CoA, repitiéndose el ciclo (Melo & Cuamatzi, 2007)

 

Figura 2. Activación de un ácido graso y traslocación de acil-CoA resultante por la carnitina.

Referencias

Devlin, T. M. (2004). Bioquímica: libro de texto con aplicaciones clínicas. (4ª ed., pp. 485-492). Reverté.

Koolman, J. & Röhm K.  (2009). Bioquímica Humana. Texto y atlas. (4ª ed., pp. 144-158).  Editorial Médica Panamericana.