24.5: Oxidación de Ácidos Grasos
- Page ID
- 72802
- Describir los pasos de oxidación de ácidos grasos.
- Calcular el rendimiento de ATP a partir de la oxidación de ácidos grasos.
Los ácidos grasos liberados en la digestión de triglicéridos y otros lípidos se descomponen en una serie de reacciones secuenciales acompañadas de la liberación gradual de energía utilizable.
Activación de Ácidos Grasos
La oxidación de ácidos grasos se inicia en el citosol. Allí los ácidos grasos, que al igual que los carbohidratos son relativamente inertes, primero deben activarse por conversión a un derivado de ácido graso rico en energía de la coenzima A llamado acilo graso-coenzima A (CoA). La activación es catalizada por acil-CoA sintetasa. Por cada molécula de ácido graso activado, se utilizan una molécula de coenzima A y una molécula de trifosfato de adenosina (ATP), lo que equivale a una utilización neta de los dos enlaces de alta energía en una molécula de ATP (que por lo tanto se convierte en monofosfato de adenosina [AMP] en lugar de adenosina difosfato [ADP]):
Transporte a la Matriz Mitocondrial
El acil-CoA graso no puede cruzar la membrana por difusión y por lo tanto debe transportarse a la matriz mitocondrial utilizando una molécula portadora conocida como carnitina. En la membrana mitocondrial externa, el acil-CoA graso se une al grupo hidroxilo de la carnitina en una reacción de transesterificación catalizada por carnitina aciltransferasa I (también llamada carnitina palmitoil transferasa I, CPTI). El derivado de acil-carnitina se transporta a la matriz mitocondrial por difusión facilitada a través de una proteína translocasa (carnitina-acilcarnitina translocasa). Una vez en la matriz, la acil-carnitina se convierte de nuevo en el acil-CoA graso y carnitina en una reacción catalizada por carnitina aciltransferasa II (también llamada carnitina palmitoil transferasa II, CPTI).
Oxidación de Acil-CoA
Una vez dentro de las mitocondrias el acil-CoA graso puede entrar en beta-oxidación, que es un ciclo de cuatro pasos que elimina los carbonos del ácido graso dos a la vez para formar acetil-CoA (que finalmente produce energía en forma de ATP).
PASO 1: Primera\(\beta\) -oxidación (deshidrogenación de un alcano)
Un acil-CoA graso es oxidado por la enzima, acil-CoA deshidrogenasa, para producir un doble enlace trans entre los carbonos\(\alpha\)\(\beta\) - y - (el primer y segundo carbonos unidos al grupo carbonilo). La coenzima FAD se reduce aceptando dos átomos de hidrógeno y sus electrones formando FADH 2, que se mueve hacia la cadena de transporte de electrones.
El alqueno trans se hidrata luego con la ayuda de la enoil-CoA hidratasa. El grupo hidroxilo se coloca sobre el\(\beta\) carbono.
El alcohol de la hidroxiacil-CoA se oxida luego a un carbonilo con la ayuda de \(\beta\)-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa y la coenzima por NAD +.
La enzima tiolasa (acil-CoA acetiltransferasa) escinde la acetil-CoA y une una nueva coenzima A a la cadena para producir una acil-CoA que es dos carbonos más corta que antes. El acil-CoA continuará a lo largo del ciclo y comenzará de nuevo en el paso 1. El acetil-CoA escindido puede entonces entrar en el ciclo del ácido cítrico y la cadena de transporte de electrones porque ya está dentro de las mitocondrias.
Se requieren pasos adicionales para los ácidos grasos insaturados y aquellos con un número par de carbonos. La cantidad de energía liberada por un ácido graso está determinada por la cantidad de ATP producida por el acetil-CoA que ingresa al ciclo del ácido cítrico y de las coenzimas reducidas NADH y FADH 2 que ingresan a la cadena de transporte de electrones.
Rendimiento de ATP por oxidación de ácidos grasos
La cantidad de ATP obtenida de la oxidación de ácidos grasos depende del tamaño del ácido graso que se oxida. Para nuestros propósitos aquí. estudiaremos el ácido palmítico, un ácido graso saturado con 16 átomos de carbono, como un ácido graso típico en la dieta humana. El cálculo de su rendimiento energético proporciona un modelo para determinar el rendimiento de ATP de todos los demás ácidos grasos.
La descomposición de 1 mol de ácido palmítico requiere 1 mol de ATP (para la activación) y forma 8 mol de acetil-CoA. Recordemos de que cada mol de acetil-CoA metabolizado por el ciclo del ácido cítrico produce 10 mol de ATP. La degradación completa de 1 mol de ácido palmítico requiere que las reacciones de\(\beta\) oxidación se repitan siete veces. Así, se producen 7 moles de NADH y 7 moles de FADH 2. La reoxidación de estas coenzimas a través de la respiración produce 2.5—3 y 1.5—2 moles de ATP, respectivamente. Los cálculos de energía se pueden resumir de la siguiente manera:
| 1 mol de ATP se divide en AMP y 2P i | −2 ATP |
| 8 moles de acetil-CoA formados (8 × 12) | 96 ATP |
| 7 mol de FADH 2 formados (7 × 2) | 14 ATP |
| 7 mol de NADH formado (7 × 3) | 21 ATP |
| Total | 129 ATP |
El número de veces que se repite la β-oxidación para un ácido graso que contiene n átomos de carbono es n/2 — 1 porque el giro final produce dos moléculas de acetil-CoA.
La combustión de 1 mol de ácido palmítico libera una cantidad considerable de energía:
\[C_{16}H_{32}O_2 + 23O_2 → 16CO_2 + 16H_2O + 2,340\; kcal \nonumber \]
El porcentaje de esta energía que conserva la célula en forma de ATP es el siguiente:
\[\mathrm{\dfrac{energy\: conserved}{total\: energy\: available}\times100=\dfrac{(129\: ATP)(7.4\: kcal/ATP)}{2,340\: kcal}\times100=41\%} \nonumber \]
La eficiencia del metabolismo de los ácidos grasos es comparable a la del metabolismo de los carbohidratos, que calculamos que es de 42%.
La oxidación de los ácidos grasos produce grandes cantidades de agua. Esta agua, que sostiene aves y animales migratorios (como el camello) durante largos periodos de tiempo.