Betaoxidação

A β-oxidação é um processo catabólico de ácidos graxos que consiste na sua oxidação mitocondrial. Eles sofrem remoção, por oxidação, de sucessivas unidades de dois átomos de carbono na forma de acetil-CoA. Como exemplo pode ser citado o ácido palmítico, um ácido graxos de 16 carbonos, que vai sofrer sete reações oxidativas, perdendo em cada uma delas dois átomos de carbono na forma de acetil-CoA. Ao final desse processo os dois carbonos restantes estarão na forma de acetil-CoA.

A β-oxidação é dividida em quatro reações sequenciais:

1. Oxidação, na qual o acil-CoA é oxidado a enoil-CoA, com redução de FAD a FADH2
2. Hidratação, na qual uma dupla ligação é hidratada e ocorre a formação de 3-hidroxiacil-CoA
3. Oxidação de um grupo hidroxila a carbonila, tendo como resultado uma beta-cetoacil-CoA e NADH
4. Cisão, em que o β-cetoacil-CoA reage com uma molécula de CoA formando um acetil-CoA e um acil-CoA que continua no ciclo até ser convertido a acetil-CoA

Mas quando a cadeia de ácidos graxos for ímpar, o produto final da β-oxidação será o propionil-CoA, esse composto, através da incorporação de CO₂ e gasto energético através de quebras de ligações do ATP, se transforma em succinil-CoA, que é um composto do Ciclo de Krebs.

Após a β-oxidação, os resíduos acetila do acetil-CoA são oxidados até chegarem a CO₂, o que ocorre no ciclo do ácido cítrico. Os acetil-coa vindos da oxidação vão entrar nessa via junto com os acetil-coA provenientes da desidrogenação e descarboxilação do piruvato pelo complexo enzimático da piruvato desidrogenase. Nessa etapa haverá produção de NADH e FADH₂ para suprir de elétrons a cadeia respiratória da mitocôndria, que os levará ao oxigênio. Junto a esse fluxo de está a fosforilação do ADP em ATP. Com isso a energia gerada na oxidação de ácidos graxos vai ser conservada na forma de ATP.

A ativação do ácido graxo

A oxidação de ácidos graxos começa com a formação de uma ligação de tioéster entre o grupo carboxilo do grupo de ácido graxos e o tiol do CoA. Esta reação é catalisada pela acetil-CoA sintase. A reação pode ter lugar na mitocôndria. Este é o caso para os ácidos graxos de cadeia curta, que podem difundir-se através da membrana daquela organela. Para moléculas de cadeia longa, a reação tem lugar no folheto citoplasmático da membrana mitocondrial. A reação é acompanhada por hidrólise de uma molécula de ATP em AMP e pirofosfato. Esta reação é prontamente reversível: o pirofosfato é hidrolisado para que sua concentração citosólica seja baixa. Isto ajuda a dirigir a reação de ativação no sentido da formação do acetil-CoA.^[1]

Saldo energético

A oxidação de ácidos graxos (AGs) produz mais energia que a oxidação de carboidratos, dado que os carbonos presentes AGs estão num estado mais reduzido do que os açúcares (com exceção do carbono da carboxila, Nox = +3). AGs são hidrocarbonetos majoritariamente, sendo os números de oxidação dos carbonos os que seguem: Nox = -3 para metil e Nox = -2 para metileno (-CH2), já os açúcares são álcoois majoritariamente (mais especificamente polióis), sendo os números de oxidação dos carbonos os que seguem: Nox = 0 para carbono secundário e Nox = -1 para carbono primário. Uma única molécula de ácido palmítico (C16:0 - ácido hexadecanoico), por exemplo, produz um saldo líquido de 108 moléculas de ATP, enquanto uma molécula de glicose produz 32. Sendo a glicose um açúcar de 6 carbonos e o ácido palmítico um AG de 16 carbonos é preciso normalizar o saldo de ATP dividindo pela quantidade de carbonos das moléculas iniciais para a comparação tornar-se justa. Assim:^[2]

Saldo de ATP (glicose) = 32 ATP/6 carbonos = 5,333 ATP/carbono

Saldo de ATP (ácido palmítico) = 108 ATP/16 carbonos = 6,75 ATP/carbono

Similaridades entre beta-oxidação e ciclo do ácido cítrico mostradas como projeções de Fischer e como modelo poligonal

As reações da beta oxidação e parte do ciclo dos ácido cítrico apresentam similaridades estruturais em três das quatro reações da beta oxidação: a oxidação por FAD, a hidratação e a oxidação por NAD⁺. Tal comparação pode ser feita observando as reações utilizando projeções de Fischer, e também de maneira bastante clara usando o modelo poligonal.^[3] Cada enzima dessas etapas apresenta similaridades estruturais.

Estrutura dos intermediários da beta oxidação e parte do ciclo do ácido cítrico usando projeções de Fischer (parte superior), evidenciando características comuns da estrutura desses intermediaries. Tal comparação também é mostrada usando o modelo poligonal ^[3] (parte inferior). Os compostos que correspondem à beta oxidação são: acil CoA (PC), 16 Carbonos (nesse caso, palmitoil CoA), trans-Δ2-Enoil CoA (EC), L-β-Hidroxiacil CoA (HC), 3-Cetoacil CoA (KC), e Acil CoA (MC), 14 carbonos (nesse caso, miristoil CoA). Os intermediários do ciclo do ácido cítrico correspondem ao succinato (Suc), fumarato (Fum), malato (Mal), e oxaloacetato (OxA). As enzimas envolvidas nessas vias correspondem à acil CoA desidrogenase (1) e succinato desidrogenase (5), enoil CoA hidratase (2) and fumarase ou fumarato hidratase (6), 3-hidroxiacil-CoA desidrogenase (3) e malato desidrogenase (7), e beta-cetotiolase (4). Coenzimas NAD⁺, NADH + H⁺, FAD e FADH₂ foram omitidas nessas representações. As produções de NADH e FADH₂ das formas oxidadas das coenzimas são representados, respectivamente, como liberação de “2H” e “[2H]”.

Formação de corpos cetônicos no humano

Em situações de baixa concentração de glicose no sangue (como jejum prolongado) a β-oxidação é uma alternativa para a produção de energia (pois libera FADH₂ e NADH).Consequentemente, há muita produção de acetil-CoA. O Ciclo de Krebs não consegue absorver todo esse substrato, estando prejudicado, uma vez que seus intermediários estão envolvidos na gliconeogênese. Essas moléculas de acetil-CoA se condensam , formando Corpos cetônicos, essa condensação acaba liberando Coenzima A, o que é essencial para que haja continuidade no Ciclo de Krebs. Essa produção ocorre principalmente no fígado, que por sua vez não possui a capacidade de degradar corpos cetônicos (evita ciclo fútil, pois nesse caso o fígado realizaria a síntese e a degradação desses corpos, e os outros órgãos do corpo não poderiam obter a energia da quebra dessas moléculas). Os corpos cetônicos podem ser usados como fonte de energia no cérebro em casos de desnutrição, nos quais a disponibilidade de glicose é mínima.

Estrutura dos intermediários da cetogênese em projeções de Fischer e modelo poligonal

Os intermediários da reação de condensação de acetil CoA em projeções de Fischer mostram as mudanças químicas passo a passo. Tal imagem pode ser representada utilizando-se o modelo poligonal.^[3]

Estrutura dos intermediários da via de produção de corpos cetônicos de condensações de acetil CoA mostrada usando projeções de Fischer, parte superior, e modelo poligonal, parte inferior. Dois carbonos da molécula de acetil na forma ativada acetil CoA (AcoA) se condensam com outra molécula de acetil CoA, liberando uma coenzima A (coA) livre, e produzindo acetoacetil CoA (AAcoA). Esse intermediário sofre outra condensação com acetil CoA, produzindo β-hidroxi-β-metilglutaril CoA (HMGcoA), que é lisada a acetil CoA e o corpo cetônico acetoacetato (AA). O último pode ser reduzido a β-hidroxibutirato (BHB) ou descarboxilado a acetona. Esses últimos produtos são também corpos cetônicos. As enzimas envolvidas nessa via metabólica correspondem a tiolase (1), HMG-CoA sintase (2), HMG-CoA liase (3), e D-β-hidroxibutiratodesidrogenase (4). Coenzimas (NAD⁺, NADH + H⁺) e CO₂ foram omitidas dessas representações. A participação dessas coenzimas foi representada pelo consumo de “2H”..

Os tecidos extra-hepáticos usam os corpos cetônicos como combustíveis

O D-β-hidroxibutirato é oxidado até acetoacetato pela D-β-hidroxibutirato desidrogenase nos tecidos extra-hepáticos. O acetoacetato é ativado para formar o éster da coenzima A por transferência do CoA do succinil-CoA, um intermediário do ciclo do ácido cítrico, numa reação catalisada pela β-cetoacil-CoA transferase. O acetoacetil-CoA é então clivado pela tiolase para liberar duas moléculas de acetil-CoA que entram no ciclo do ácido cítrico.^[4]

Estrutura dos intermediários da degradação de corpos cetônicos em projeção de Fischer e modelo poligonal

Os intermediários de reação em projeção de Fischer mostram as mudanças químicas passo a passo. Tal imagem pode ser comparada à representação utilizando o modelo poligonal.^[3]

Estrutura dos intermediários da degradação de corpos cetônicos de β-hidroxibutirato a acetil-CoA, mostrado utilizando-se projeções de Fischer, parte superior, e o modelo poligonal, parte inferior. β-hidroxibutirato (BHB) é oxidado a acetoacetato (AA), sendo ativado a acetoacetil CoA (AAcoA) através de reação com succinil-CoA (S-coA), produzindo succinato (Suc). O acetoacetil CoA reage com a coenzima A (coA) fornecendo duas moléculas de acetil CoA (AcoA). As enzimas envolvidas nessa via metabólica correspondem à D-β-hidroxibutirato desidrogenase (1), acetoacetil succinil-CoA tranferase (2), e tiolase (3). Coenzimas (NAD⁺, NADH + H⁺) foram omitidas nessas representações. A participação das mesmas foi aqui representada pela liberação de “2H”.

Referências

1. Nelson, David L. & Michael M. Cox, "Princípios de Bioquímica de Lehninger". ARTMED. 1304pp.
2. Alves, Lúcia. «Cálculo do número de ATP que uma molécula de carboidrato ou de lipídeos podem produzir após oxidação completa» (PDF). Consultado em 22 de agosto de 2024 line feed character character in |titulo= at position 63 (ajuda)
3. Bonafe, C. F. S.; Bispo, J. A. C.; de Jesus, M. B. (2018). The Polygonal Model: A Simple Representation of Biomolecules as a Tool for Teaching Metabolism. Biochemistry and Molecular Biology Education. 46: 66-75. DOI - 10.1002/bmb.21093.
4. LEHNINGER, Albert Lester; NELSON, David L; COX, Michael. Princípios da Bioquímica. 2.ed. São Paulo: Sarvier, 1995.

Ligações externas

• «A lógica química do metabolismo de ácidos graxos»