Para sua oxidação, os ácidos graxos são ativados e transportados para a matriz mitocondrial.
Para ser oxidado, o ácido graxo, como acontece com a glicose, é primeiramente convertido em uma forma ativada neste caso, uma acil-CoA. Esta etapa prévia é catalisada pela acil-CoA sintetase, associada à membrana externa da mitocôndria:
Ácido graxo + ATP + H-SCoA → Acil-Coa + AMP + PPi
Nesta reação, forma-se uma ligação tioéster entre o grupo carboxila do ácido graxo e o grupo SH da coenzima A, produzindo uma acil-CoA. As acil-CoA, como a acetil-CoA, são compostos ricos em energia. Sua ligação tioéster é formada à custa de energia derivada de uma ligação anidrido fosfórico por clivagem do ATP em AMP e PPi. O PPi é hidrolisado a 2 Pi numa reação irreversível, o que torna o processo de ativação do ácido graxo acetil-CoA também irreversível.
A membrana interna da mitocôndria é impermeável a acil-CoA, mas os grupos acila podem ser introduzidos na mitocôndria, quando ligados à carnitina. Este composto, sintetizado a partir de aminoácidos, é amplamente distribuído nos tecidos animais e vegetais, sendo especialmente abundante em músculos. A ligação reversível do grupo acila à carnitina é catalisada pela carnitina-acil transferase. Existem duas isoformas da enzima, denominadas I e II, que se localizam nas faces externa e interna da membrana interna mitocôndria, respectivamente. O sistema utilizado para o transporte de grupos acila consta de quatro etapas: 1) na face externa da membrana, a carnitina-acil transferase I transfere o grupo acila da coenzima A para a carnitina; 2) a acil carnitina resultante é transportada através da membrana interna pro uma translocase expecifica; 3) na face interna, a carnitina-acil transferase II doa o grupo acila da acil-carnitina para uma coenzima A da matriz mitocondrial, liberando carnitina; 4) a carnitina retorna ao citosol pela mesma translocase. Deste modo, o grupo acila dos ácidos graxos atinge o interior da mitocôndria, onde ocorre a sua oxidção.
Para ser oxidado, o ácido graxo, como acontece com a glicose, é primeiramente convertido em uma forma ativada neste caso, uma acil-CoA. Esta etapa prévia é catalisada pela acil-CoA sintetase, associada à membrana externa da mitocôndria:
Ácido graxo + ATP + H-SCoA → Acil-Coa + AMP + PPi
Nesta reação, forma-se uma ligação tioéster entre o grupo carboxila do ácido graxo e o grupo SH da coenzima A, produzindo uma acil-CoA. As acil-CoA, como a acetil-CoA, são compostos ricos em energia. Sua ligação tioéster é formada à custa de energia derivada de uma ligação anidrido fosfórico por clivagem do ATP em AMP e PPi. O PPi é hidrolisado a 2 Pi numa reação irreversível, o que torna o processo de ativação do ácido graxo acetil-CoA também irreversível.
A membrana interna da mitocôndria é impermeável a acil-CoA, mas os grupos acila podem ser introduzidos na mitocôndria, quando ligados à carnitina. Este composto, sintetizado a partir de aminoácidos, é amplamente distribuído nos tecidos animais e vegetais, sendo especialmente abundante em músculos. A ligação reversível do grupo acila à carnitina é catalisada pela carnitina-acil transferase. Existem duas isoformas da enzima, denominadas I e II, que se localizam nas faces externa e interna da membrana interna mitocôndria, respectivamente. O sistema utilizado para o transporte de grupos acila consta de quatro etapas: 1) na face externa da membrana, a carnitina-acil transferase I transfere o grupo acila da coenzima A para a carnitina; 2) a acil carnitina resultante é transportada através da membrana interna pro uma translocase expecifica; 3) na face interna, a carnitina-acil transferase II doa o grupo acila da acil-carnitina para uma coenzima A da matriz mitocondrial, liberando carnitina; 4) a carnitina retorna ao citosol pela mesma translocase. Deste modo, o grupo acila dos ácidos graxos atinge o interior da mitocôndria, onde ocorre a sua oxidção.
Na β-oxidação, a acil-CoA é oxidada a acetil-CoA, produzindo FADH2 e NADH
A acil-CoA presente na matriz mitocondrial é oxidada por uma via denominada β-oxidação, porque promove a oxidação do carbono β do ácido graxo, ou ciclo de Lynen. Esta via consta de uma série cíclica de quatro reações, ao final das quais a acil-CoA é encurtada de dois carbonos, que são liberados sob a forma de acetil-CoA, com produção de FADH2 e NADH. As quatro reações e as enzimas que as catalisam são:
1. Oxidação da Acil-CoA a uma enoil-CoA (acil-CoA β-insaturada) de configuração trans, à custa da conversão de FAD a FADH2, a única reação irreversível da via - acil-CoA desidrogenase.
2. Hidratação da dupla ligação, produzindo o isômero L de uma β-hidroxiacil-CoA – enoil-CoA hidratase.
3. Oxidação do grupo hidroxila a carbonila, resultando uma β-cetoacil-CoA e NADH - β-hidroxiacil-CoA desidrogenase.
4. Cisão da β-cetoacil-CoA por reação com uma molécula de Côa, com formação de acetil-CoA e uma acil-CoA com dois carbonos a menos; esta acil-CoA refaz o ciclo várias vezes, ale ser totalmente convertida a acetil-Coa – tiolase.
A acil-CoA presente na matriz mitocondrial é oxidada por uma via denominada β-oxidação, porque promove a oxidação do carbono β do ácido graxo, ou ciclo de Lynen. Esta via consta de uma série cíclica de quatro reações, ao final das quais a acil-CoA é encurtada de dois carbonos, que são liberados sob a forma de acetil-CoA, com produção de FADH2 e NADH. As quatro reações e as enzimas que as catalisam são:
1. Oxidação da Acil-CoA a uma enoil-CoA (acil-CoA β-insaturada) de configuração trans, à custa da conversão de FAD a FADH2, a única reação irreversível da via - acil-CoA desidrogenase.
2. Hidratação da dupla ligação, produzindo o isômero L de uma β-hidroxiacil-CoA – enoil-CoA hidratase.
3. Oxidação do grupo hidroxila a carbonila, resultando uma β-cetoacil-CoA e NADH - β-hidroxiacil-CoA desidrogenase.
4. Cisão da β-cetoacil-CoA por reação com uma molécula de Côa, com formação de acetil-CoA e uma acil-CoA com dois carbonos a menos; esta acil-CoA refaz o ciclo várias vezes, ale ser totalmente convertida a acetil-Coa – tiolase.
O acetil-CoA produzido entrará no ciclo de Krebs, que oxida o grupo acetila a CO2, sofrerá uma série de reações em que se produzirá além de CO2, o GTP, FADH2 e NADH. Os dois últimos, juntos com os produzidos anteriormente pela β-oxidação irão para a cadeia respiratória, na membrana interna da mitocôndria, e pela fosforilação oxidativa produzirão ATP.
A oxidação de ácidos graxos insaturados requer enzimas adicionais.
Os ácidos graxos insaturados são muito comuns em tecidos animais e vegetais, e sua duplas ligações apresentam quase sempre a configuração cis.
Após a remoção de algumas unidades de dois carbonos (como acetil-CoA) pelo ciclo de Lynen, o ácido graxo insaturado pode originar dois tipos de enoil-CoA, conforme a posição original da dupla ligação em sua molécula: se a dupla ligação for de número ímpar, como Δ9 do ácido oléico, forma-se uma cis-Δ3-enoil-CoA; se for de número par, como a Δ12 do ácido linoléico, resulta uma cis-Δ4-enoil-CoA. Para a oxidação dessas acil-CoA insaturadas, são necessárias, além das enzimas da β-oxidação, substrato da enoil-CoA hidratase.
No caso em que é obtida cis-Δ3-enoil-CoA, uma enoil-CoA isomerase possibilita a sua tranformação em trans-Δ2-enoil-CoA.
O segundo tipo de enoil-CoA que pode ser produzida, cis-Δ4-enoil-CoA, é reconhecida pela acil-CoA desidrogenase do ciclo de Lynen, que converte, porém, em uma trans- Δ2 –cis-Δ4-dienoil-CoA, que não é aceita pela enoil-CoA hidratase. Para o prosseguimento de sua oxidação, é necessária a participação de uma dienoil-CoA redutase, que reduz a ligação cis-Δ4 à custa de NADPH, originando trans-Δ3 em trans-Δ2, chegando-se, portanto ao intermediário insaturado da β-oxidação.
Bibliografia: TORRES, B & MARZZOCCO, A. Bioquímica Básica.
Os ácidos graxos insaturados são muito comuns em tecidos animais e vegetais, e sua duplas ligações apresentam quase sempre a configuração cis.
Após a remoção de algumas unidades de dois carbonos (como acetil-CoA) pelo ciclo de Lynen, o ácido graxo insaturado pode originar dois tipos de enoil-CoA, conforme a posição original da dupla ligação em sua molécula: se a dupla ligação for de número ímpar, como Δ9 do ácido oléico, forma-se uma cis-Δ3-enoil-CoA; se for de número par, como a Δ12 do ácido linoléico, resulta uma cis-Δ4-enoil-CoA. Para a oxidação dessas acil-CoA insaturadas, são necessárias, além das enzimas da β-oxidação, substrato da enoil-CoA hidratase.
No caso em que é obtida cis-Δ3-enoil-CoA, uma enoil-CoA isomerase possibilita a sua tranformação em trans-Δ2-enoil-CoA.
O segundo tipo de enoil-CoA que pode ser produzida, cis-Δ4-enoil-CoA, é reconhecida pela acil-CoA desidrogenase do ciclo de Lynen, que converte, porém, em uma trans- Δ2 –cis-Δ4-dienoil-CoA, que não é aceita pela enoil-CoA hidratase. Para o prosseguimento de sua oxidação, é necessária a participação de uma dienoil-CoA redutase, que reduz a ligação cis-Δ4 à custa de NADPH, originando trans-Δ3 em trans-Δ2, chegando-se, portanto ao intermediário insaturado da β-oxidação.
Bibliografia: TORRES, B & MARZZOCCO, A. Bioquímica Básica.
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