Los ácidos grasos son una importante fuente de energía y un componente clave de las membranas celulares. Su metabolismo implica dos vías opuestas: la betaoxidación, que los descompone para obtener energía, y la lipogénesis, que los construye para su almacenamiento.
Oxidación de ácidos grasos (betaoxidación)
Activación
Los ácidos grasos se activan en el citoplasma mediante la unión a la coenzima A, formando acil graso-CoA. Esta reacción consume ATP. Luego, la acil-CoA grasa se transporta a la mitocondria a través de la lanzadera de carnitina.
El ciclo de beta-oxidación
Dentro de la matriz mitocondrial, la acil-CoA grasa sufre ciclos repetidos de cuatro reacciones: oxidación por la acil-CoA deshidrogenasa (que produce FADH2), hidratación por la enoil-CoA hidratasa, oxidación por la beta-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa (que produce NADH) y tiolisis por tiolasa (que produce acetil-CoA y una acil-CoA grasa acortada).
Rendimiento energético
Cada ciclo elimina dos átomos de carbono como acetil-CoA. Una molécula de palmitato de 16 carbonos pasa por siete ciclos, produciendo 8 acetil-CoA, 7 FADH2 y 7 NADH. Luego, el acetil-CoA ingresa al ciclo del ácido cítrico para producir más energía.
Síntesis de ácidos grasos (lipogénesis)
Transporte de citrato
Cuando la energía es abundante, el exceso de acetil-CoA en las mitocondrias se exporta al citoplasma a través de la lanzadera de citrato. El citrato es escindido por la ATP-citrato liasa para producir acetil-CoA y oxaloacetato.
Formación de malonil-CoA
La acetil-CoA carboxilasa convierte el acetil-CoA en malonil-CoA, el paso comprometido de la síntesis de ácidos grasos. Esta enzima es activada por la insulina y el citrato e inhibida por la palmitoil-CoA.
Ciclo de elongación
La ácido graso sintasa, una gran enzima multifuncional, lleva a cabo un ciclo repetido de condensación, reducción, deshidratación y reducción. Cada ciclo agrega dos átomos de carbono. El proceso requiere NADPH y produce palmitato (16:0) como producto principal.
Reglamento
La oxidación y la síntesis de ácidos grasos están reguladas recíprocamente. Cuando la energía es baja, AMPK activa la oxidación e inhibe la síntesis. Cuando la energía es abundante, la insulina activa la síntesis e inhibe la oxidación.
Ensayo práctico de oxidación de ácidos grasos
Aísle las mitocondrias de tejido fresco de hígado o corazón mediante centrifugación diferencial: homogeneice 200 mg de tejido en un tampón de aislamiento helado (sacarosa 250 mM, Tris-HCl 10 mM, pH 7,4, EGTA 1 mM), centrifugue a 600 × g durante 10 minutos para eliminar los núcleos y los desechos, luego centrifuge el sobrenadante a 10.000 × g durante 10 minutos para sedimentar. mitocondrias. Resuspender el sedimento mitocondrial en tampón de ensayo (KCl 100 mM, Tris-HCl 10 mM, pH 7,4, MgCl2 5 mM, ATP 1 mM, BSA al 0,1%). Mida la oxidación de ácidos grasos monitoreando el consumo de oxígeno utilizando un electrodo de oxígeno tipo Clark o un analizador Seahorse XF. Agregue 0,5–1 mg de proteína mitocondrial a 0,5 ml de tampón de ensayo que contenga palmitoil-CoA 50 mM, L-carnitina 2 mM y malato 1 mM. Registre la tasa de consumo de oxígeno (OCR) durante 10 minutos. El OCR basal refleja la oxidación del sustrato endógeno. La oxidación de ácidos grasos específicos se confirma añadiendo etomoxir 50 µM, un inhibidor irreversible de la carnitina palmitoiltransferasa I (CPT1); una disminución significativa en el OCR (>50 %) confirma que la respiración medida está impulsada por la oxidación de ácidos grasos. Para la oxidación de ácidos grasos celulares, incubar células intactas con ácido palmítico [9,10-H] (0,5 μCi/mL) durante 2 horas, luego medir ³H2O liberado en el medio pasándolo a través de una columna de intercambio iónico (3H2O fluye mientras se retiene el palmitato). Cuente el flujo mediante centelleo de líquido.
Aplicación del mundo real
En un modelo de ratón de enfermedad del hígado graso no alcohólico (NAFLD), la oxidación de ácidos grasos hepáticos se mide en mitocondrias aisladas utilizando palmitoil-CoA como sustrato. La OCR se reduce en un 30% en comparación con los ratones de control, lo que indica una alteración de la β-oxidación. El tratamiento con un agonista de PPARα (fenofibrato, 100 mg/kg/día durante 4 semanas) restablece las tasas de oxidación a niveles controlados, lo que reduce la esteatosis hepática. Estas mediciones vinculan directamente la disfunción mitocondrial con la acumulación de grasa en el hígado.
