OXIDAÇÃO BETA DE ÁCIDOS GRAXOS: ETAPAS, REAÇÕES, PRODUTOS, REGULAÇÃO - BIOLOGIA - 2025

A beta oxidação dos ácidos graxos é a rota do catabolismo (degradação) dos ácidos graxos, cuja função principal é a produção ou "liberação" da energia contida nas ligações dessas moléculas.

Essa rota foi descoberta em 1904 graças aos experimentos feitos pelo alemão Franz Knoop, que consistiam na administração, a ratos experimentais, de ácidos graxos cujo grupo metil final havia sido modificado por um grupo fenil.

Diagrama da oxidação beta de ácidos graxos (Fonte: Arturo González Laguna via Wikimedia Commons)

Knoop esperava que os produtos do catabolismo desses ácidos graxos "análogos" seguiriam vias semelhantes à via de oxidação dos ácidos graxos normais (naturais não modificados). No entanto, ele constatou que havia diferenças nos produtos obtidos em função do número de átomos de carbono dos ácidos graxos.

Com esses resultados, Knoop propôs que a degradação ocorresse em "etapas", começando com um "ataque" ao carbono β (aquele da posição 3 em relação ao grupo carboxila terminal), liberando fragmentos de dois átomos de carbono.

Posteriormente, foi demonstrado que o processo requer energia na forma de ATP, que é produzida na mitocôndria e que fragmentos de dois átomos de carbono entram no ciclo de Krebs como acetil-CoA.

Resumindo, a oxidação beta de ácidos graxos envolve a ativação do grupo carboxila terminal, o transporte do ácido graxo ativado para a matriz mitocondrial e a oxidação em degraus de carbono dois por dois do grupo carboxila.

Como muitos processos anabólicos e catabólicos, esta via é regulada, pois merece a mobilização de ácidos graxos de “reserva” quando as demais vias catabólicas não são suficientes para atender às demandas de energia celular e corporal.

Passos e reações

Os ácidos graxos estão predominantemente no citosol, sejam eles provenientes de vias biossintéticas ou de depósitos de gordura que são armazenados a partir de alimentos ingeridos (que devem entrar nas células).

- Ativação de ácidos graxos e transporte para a mitocôndria

A ativação de ácidos graxos requer o uso de uma molécula de ATP e tem a ver com a formação de conjugados de acil tioéster com a coenzima A.

Essa ativação é catalisada por um grupo de enzimas chamadas acetil-CoA ligases específicas para o comprimento da cadeia de cada ácido graxo. Algumas dessas enzimas ativam ácidos graxos à medida que são transportados para a matriz mitocondrial, uma vez que são incorporados na membrana mitocondrial externa.

Ativação de ácidos graxos (Fonte: Jag123 da Wikipedia em inglês via Wikimedia Commons)

O processo de ativação ocorre em duas etapas, primeiro produzindo um adenilato de acila a partir do ácido graxo ativado com ATP, onde uma molécula de pirofosfato (PPi) é liberada. O grupo carboxila ativado por ATP é então atacado pelo grupo tiol da coenzima A para formar acil-CoA.

A translocação de acil-CoA através da membrana mitocondrial é realizada por um sistema de transporte conhecido como lançadeira carnitina.

- Beta oxidação de ácidos graxos saturados com um número par de átomos de carbono

A degradação dos ácidos graxos é um caminho cíclico, já que a liberação de cada fragmento de dois átomos de carbono é imediatamente seguida por outro, até atingir o comprimento total da molécula. As reações que fazem parte deste processo são as seguintes:

- Desidrogenação.

- Hidratação de dupla ligação.

- Desidrogenação de um grupo hidroxila.

- Fragmentação pelo ataque de uma molécula de acetil-CoA ao carbono β.

Reação 1: primeira desidrogenação

Consiste na formação de uma ligação dupla entre o carbono α e o carbono β pela eliminação de dois átomos de hidrogênio. É catalisado por uma enzima acil-CoA desidrogenase, que forma uma molécula de trans∆2-enoil-S-CoA e uma molécula de FAD + (cofator).

Reações 2 e 3: hidratação e desidrogenação

A hidratação é catalisada pela enoil-CoA hidratase, enquanto a desidrogenação é mediada pela 3-hidroxiacil-CoA desidrogenase, sendo que a última reação depende do cofator NAD +.

A hidratação do trans∆2-enoil-S-CoA dá origem a um 3-hidroxiacil-CoA, cuja desidrogenação produz uma molécula 3-cetoacil-CoA e um NADH + H.

O FADH2 e o NADH produzidos nas três primeiras reações de oxidação beta são reoxidados através da cadeia de transporte de elétrons, graças à qual participam da produção de ATP, 2 moléculas para cada FADH2 e 3 moléculas para cada NADH.

Reação 4: fragmentação

Cada ciclo de oxidação beta que remove uma molécula com dois átomos de carbono termina com a clivagem “tiolítica” do carbono ceto, que é atacado pela coenzima A na ligação entre os carbonos α e β.

Essa reação é catalisada pela enzima β-cetotiolase ou tiolase, e seus produtos são uma molécula de acil-CoA (o ácido graxo ativado com dois átomos de carbono a menos) e uma de acetil-CoA.

- Beta oxidação de ácidos graxos saturados com um número ímpar de átomos de carbono

Em ácidos graxos com número ímpar de átomos de carbono (que não são muito abundantes), a molécula do último ciclo de degradação possui 5 átomos de carbono, portanto sua fragmentação produz uma molécula de acetil-CoA (que entra no ciclo de Krebs) e outro de propionil-CoA.

O propionil-CoA deve ser carboxilado (reação dependente de ATP e bicarbonato) pela enzima propionil-CoA carboxilase, formando assim um composto conhecido como D-metilmalonil-CoA, que deve ser epimerizado em sua forma "L".

Oxidação beta de ácidos graxos ímpares (Fonte: Eleska via Wikimedia Commons)

O composto resultante da epimerização é então convertido em succinil-CoA pela ação da enzima L-metilmalonil-CoA mutase, e esta molécula, assim como a acetil-CoA, entra no ciclo do ácido cítrico.

- Beta oxidação de ácidos graxos insaturados

Muitos lipídios celulares possuem cadeias de ácidos graxos insaturados, ou seja, possuem uma ou mais ligações duplas entre seus átomos de carbono.

A oxidação desses ácidos graxos é um pouco diferente da dos ácidos graxos saturados, pois duas enzimas adicionais, enoil-CoA isomerase e 2,4-dienoil-CoA redutase, são responsáveis ​​por eliminar essas insaturações para que esses ácidos graxos pode ser um substrato para a enzima enoil-CoA hidratase.

Oxidação beta de ácidos graxos insaturados (Fonte: Hajime7basketball via Wikimedia Commons)

A enoil-CoA isomerase atua sobre os ácidos graxos monoinsaturados (com apenas uma insaturação), enquanto a enzima 2,4-dienoil-CoA redutase reage com os ácidos graxos poliinsaturados (com duas ou mais insaturações).

- Oxidação extramitocondrial beta

A beta oxidação dos ácidos graxos também pode ocorrer dentro de outras organelas citosólicas como os peroxissomos, por exemplo, com a diferença de que os elétrons que são transferidos para o FAD + não são enviados para a cadeia respiratória, mas diretamente para o oxigênio.

Essa reação produz peróxido de hidrogênio (o oxigênio é reduzido), um composto que é eliminado pela enzima catalase, específica dessas organelas.

Produtos de oxidação beta

A oxidação de ácidos graxos produz muito mais energia do que a decomposição de carboidratos. O principal produto da oxidação beta é a acetil-CoA produzida em cada etapa da porção cíclica do caminho, entretanto, outros produtos são:

- AMP, H + e pirofosfato (PPi), produzidos durante a ativação.

- FADH2 e NADH, para cada acetil-CoA produzido.

- Succinil-CoA, ADP, Pi, para ácidos graxos de cadeia ímpar.

Oxidação beta do ácido palmítico (Fonte: ´Rojinbkht via Wikimedia Commons)

Se considerarmos como exemplo a beta oxidação completa do ácido palmítico (palmitato), um ácido graxo com 16 átomos de carbono, a quantidade de energia produzida equivale a mais ou menos 129 moléculas de ATP, que vêm das 7 voltas que deve completar. o ciclo.

Regulamento

A regulação da oxidação dos ácidos graxos beta na maioria das células depende da disponibilidade de energia, não apenas relacionada aos carboidratos, mas também aos próprios ácidos graxos.

Os animais controlam a mobilização e, portanto, a quebra das gorduras por meio de estímulos hormonais, que ao mesmo tempo são controlados por moléculas como o AMPc, por exemplo.

No fígado, principal órgão de decomposição da gordura, a concentração de malonil-CoA é extremamente importante para a regulação da oxidação beta; este é o primeiro substrato envolvido na via de biossíntese de ácidos graxos.

Quando a malonil-CoA se acumula em grandes proporções, ela promove a biossíntese de ácidos graxos e inibe o transportador mitocondrial ou a lançadeira acil-carnitina. Quando sua concentração diminui, a inibição cessa e a oxidação beta é ativada.

Referências

1. Mathews, C., van Holde, K., & Ahern, K. (2000). Biochemistry (3ª ed.). São Francisco, Califórnia: Pearson.
2. Nelson, DL e Cox, MM (2009). Lehninger Principles of Biochemistry. Omega Editions (5ª ed.).
3. Rawn, JD (1998). Bioquímica. Burlington, Massachusetts: Neil Patterson Publishers.
4. Schulz, H. (1991). Oxidação beta de ácidos graxos. Biochimica et Biophysica Acta, 1081, 109-120.
5. Schulz, H. (1994). Regulação da oxidação de ácidos graxos no coração. Revisão crítica, 165–171.
6. Schulz, H., & Kunau, W. (1987). Beta-oxidação de ácidos graxos insaturados: uma via revisada. TIBS, 403-406.