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¿Cómo puede una enzima favorecer incluso los ácidos grasos encadenados?

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Si miramos los libros de texto para el metabolismo de los ácidos grasos humanos (síntesis de FA u oxidación β), generalmente muestran ácidos grasos de longitud uniforme (C8, C10, etc.). Ahora, desde una perspectiva química, me pregunto cómo las enzimas involucradas reconocen que el ácido graso es un número par de carbonos.

¿Puede alguien señalarme experimentos (históricos) que se hayan realizado que muestren que estas vías humanas de hecho solo se aplican a los ácidos grasos de cadena uniforme? ¿O también actúan sobre ácidos grasos de longitud irregular?


El primer experimento que demostró que los ácidos grasos se oxidan en unidades C2 fue realizado por Georg Franz Knoop y publicado en 1904 como "Der Abbau aromatischer Fettsäuren im Tierkörper". El documento de la referencia 1 dice:

Georg Franz Knoop descubrió la β-oxidación de los ácidos grasos. En 1904, publicó sus experimentos clásicos utilizando ácidos grasos ω-fenil de cadena par e impar, como el ácido ω-fenilvalérico y el ácido ω-fenilbutírico (Knoop 1904). Knoop alimentó a los perros con estos compuestos y analizó su orina. En los perros que habían sido alimentados con ácidos grasos de cadena impar, encontró ácido hipúrico (conjugado de ácido benzoico y glicina), mientras que los perros que habían sido alimentados con ácidos grasos de cadena uniforme excretaron ácido fenacetúrico (conjugado de ácido fenilacético y glicina). De esto concluyó que el metabolismo de los ácidos grasos procede de la eliminación sucesiva de dos fragmentos de carbono. La cadena grasa restante tenía que contener un ácido carboxílico. Postuló que la oxidación tuvo lugar en el átomo de carbono β, una oxidación desconocida para la química orgánica.

Si la cadena de ácido graso tiene un número impar de átomos de carbono, la propionil-CoA resultante se modifica en succinil-CoA que luego se utiliza mediante diferentes procesos.

Durante la ruptura de la cadena, se liberan grupos Acetil-CoA (al final de cada paso), que luego pueden ser metabolizados por el cuerpo. La acetil-CoA se introduce en el ciclo de Krebs y luego se oxida.

Referencias:

  1. Introducción general a la bioquímica de la β-oxidación de ácidos grasos mitocondriales
  2. Oxidación de ácidos grasos

Ácidos grasos insaturados de cadena larga

Biotransformación basada en lipoxigenasa / peróxido liasa

La oxigenación de ácidos grasos insaturados de cadena larga también puede ser impulsada por una combinación de lipoxigenasas e hidroperóxido liasas en plantas (Grechkin, 1998 Joo y Oh, 2012). Por ejemplo, el ácido 12-oxododec-9-enoico (4), Ácido 12-hidroxi-dodec-9-enoico (5) y ácido 1,12-dodec-9-enodioico (6), que participan en la estimulación del crecimiento de las plantas y la defensa frente a la invasión de patógenos, se sintetizan a partir del ácido α-linolénico (1) por 13-lipoxigenasas, hidroperóxido liasas y alcohol deshidrogenasas, respectivamente (Grechkin, 1998 Mukhtarova et al., 2011) (Esquema 1).

Esquema 1 . Vías basadas en lipoxigenasas vegetales, que se utilizaron para producir ácidos grasos de cadena media a partir de ácidos grasos insaturados de cadena larga (Grechkin, 1998). Por ejemplo, ácido 12-hidroxi dodec-9-enoico (5) y ácido 1,12-dodec-9-enodioico (6) se sintetizan a partir del ácido α-linolénico (1) por 13-lipoxigenasas, hidroperóxido liasas y alcohol / aldehído deshidrogenasas.

Como aplicación biotecnológica, una conversión enzimática de dos pasos de ácido linoleico en ácido 9-oxononanoico por la 9S-lipoxigenasa de Solanum tuberosum y la 9/13-hidroperóxido liasa de Cucumis melo se informó (Otte et al., 2013). (Z) -3-hexenal y ácido 12-oxododec-9-enoico también podrían producirse a partir del ácido α-linolénico mediante un recombinante Saccharomyces cerevisiae que expresan lipoxigenasa de soja e hidroperóxido liasa de sandía (Buchhaupt et al., 2012). Además, se estableció con éxito un proceso en cascada de enzimas para acceder a los olores de la "nota verde", en el que la 13-hidroperóxido liasa modificada se combinó como un lisado celular crudo con una cetoreductasa comercial. La hoja verdeZ) -3-hexenol se produjo con un 99% de pureza isomérica y títulos altos (8 g / L) (Brühlmann y Bosijokovic, 2016).


Puntos clave

  • Algunos microbios son capaces de utilizar ácidos orgánicos como ácidos grasos, aminoácidos o ácidos insaturados de cadena lineal (por ejemplo, lactato) como única fuente de energía.
  • El metabolismo del formato de ácido orgánico es importante en los organismos metilotróficos. Es vital en el catabolismo de los compuestos C1 (como el metanol).
  • Muchas bacterias son capaces de utilizar ácidos grasos como única fuente de energía y carbono a través de la vía de oxidación cíclica y beta, que finalmente produce acetil-CoA.

Términos clave

  • ácido graso: Cualquiera de una clase de ácidos carboxílicos alifáticos, de fórmula general CnH2n + 1COOH, que se presentan combinados con glicerol como aceites y grasas animales o vegetales. Solo aquellos con un número par de átomos de carbono se encuentran normalmente en las grasas naturales.
  • acilo: Cualquiera de la clase de radicales orgánicos, RCO-, formado por la eliminación de un grupo hidroxilo de un ácido carboxílico.
  • acetil CoA: La acetil coenzima A o acetil-CoA es una molécula importante en el metabolismo, utilizada en muchas reacciones bioquímicas. Su función principal es transportar los átomos de carbono dentro del grupo acetilo al ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs) para ser oxidados para la producción de energía.

Metabolismo de ácidos orgánicos

Muchos organismos generan ácidos orgánicos (como el lactato) como subproducto de la fermentación. Algunos microbios son capaces de utilizar dichos compuestos como única fuente de energía.

Los ácidos orgánicos más comúnmente metabolizados son los ácidos carboxílicos, que son ácidos orgánicos que contienen al menos un grupo carboxilo (-COOH). La fórmula general de un ácido carboxílico es R-COOH, donde R es un grupo funcional monovalente. Muchos tipos de ácidos carboxílicos pueden ser metabolizados por microbios, entre ellos:

  • Ácidos grasos (ácidos carboxílicos con largas colas de acilo)
  • Aminoácidos (los componentes básicos de las proteínas)
  • Ácidos saturados de cadena lineal (p. Ej., Formiato, acetato y palmitato)

FORMAR EL METABOLISMO

El metabolismo de los formatos es importante en los organismos metilotróficos. Es vital en el catabolismo de C1 compuestos como el metanol (consulte el átomo & ldquoMethylotrophy y Methanotrophy & rdquo para obtener más información sobre C1 utilización del compuesto). Los microbios metilotróficos convierten los compuestos de un solo carbono en formaldehído, que se oxida a formiato por la formaldehído deshidrogenasa. La degradación del formiato luego es catalizada por la formiato deshidrogenasa (FDH), que oxida el formiato para finalmente producir CO.2. Permite la donación de electrones a un segundo sustrato (como NAD +) en el proceso. Este es un último paso crítico en la vía de utilización de hidrocarburos. La capacidad de metabolizar el formato también es fundamental en el metabolismo anaeróbico bacteriano, en cuyo caso el formato también es oxidado por una enzima FDH, pero los electrones se donan a los citocromos (proteínas implicadas en el transporte de electrones).

METABOLISMO DE ÁCIDOS GRASOS

Muchas bacterias son capaces de utilizar ácidos grasos de varias longitudes de cola como única fuente de energía y carbono. Este proceso requiere la vía de oxidación & beta, un proceso cíclico que cataliza el acortamiento secuencial de las cadenas de acilo de ácidos grasos hasta el producto final, acetil-CoA. El proceso paso a paso ocurre de la siguiente manera:

  1. Las cadenas de ácidos grasos se convierten en enoil-CoA (catalizada por acil-CoA deshidrogenasa).
  2. La enoil-CoA se convierte en 3-hidroxiacil-CoA (catalizada por enoil-CoA hidratasa).
  3. La 3-hidroxiacil-CoA se convierte en 3-cetoacil-CoA (catalizada por la 3-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa).
  4. La 3-cetoacil-CoA se tiola (mediante 3-cetoacil-CoA tiolasa) para producir una molécula de acetil-CoA y un derivado del ácido graso de entrada original que ahora es más corto en dos carbonos.

La cadena de ácido graso que queda después del paso de tiolación puede volver a entrar en la vía de oxidación β, que puede ciclar hasta que el ácido graso se haya reducido completamente a acetil-CoA. Acertyl-CoA es la molécula de entrada para el ciclo de TCA. El ciclo de TCA es el proceso que utilizan todos los organismos aeróbicos para generar energía.

Figura: y beta-oxidación de ácidos grasos: Los ácidos grasos libres se descomponen en acetil-CoA mediante enzimas dedicadas en la vía de oxidación ß.


Contenido

El concepto de ácido graso (ácido graso) fue introducido en 1813 por Michel Eugène Chevreul, [3] [4] [5] aunque inicialmente usó algunos términos variantes: ácido graisse y acide huileux ("grasa ácida" y "ácido aceitoso"). [6]

Los ácidos grasos se clasifican de muchas formas: por longitud, por saturación frente a insaturación, por contenido de carbono par frente a impar y por lineal frente a ramificado.

Longitud de los ácidos grasos Editar

    (AGCC) son ácidos grasos con colas alifáticas de cinco o menos carbonos (por ejemplo, ácido butírico). [7] (MCFA) son ácidos grasos con colas alifáticas de 6 a 12 [8] carbonos, que pueden formar triglicéridos de cadena media. (LCFA) son ácidos grasos con colas alifáticas de 13 a 21 carbonos. [9] (VLCFA) son ácidos grasos con colas alifáticas de 22 o más carbonos.

Ácidos grasos saturados Editar

Los ácidos grasos saturados no tienen dobles enlaces C = C. Tienen la misma fórmula CH3(CH2)norteCOOH, con variaciones en "n". Un ácido graso saturado importante es el ácido esteárico (n = 16), que cuando se neutraliza con lejía es la forma más común de jabón.

Ejemplos de ácidos grasos saturados
Nombre común Estructura química C:D [10]
Ácido caprílico CH3(CH2)6COOH 8:0
Ácido cáprico CH3(CH2)8COOH 10:0
Acido laurico CH3(CH2)10COOH 12:0
Ácido mirístico CH3(CH2)12COOH 14:0
Ácido palmítico CH3(CH2)14COOH 16:0
Ácido esteárico CH3(CH2)16COOH 18:0
Ácido araquídico CH3(CH2)18COOH 20:0
Ácido behénico CH3(CH2)20COOH 22:0
Ácido lignocérico CH3(CH2)22COOH 24:0
Ácido cerótico CH3(CH2)24COOH 26:0

Ácidos grasos insaturados Editar

Los ácidos grasos insaturados tienen uno o más dobles enlaces C = C. Los dobles enlaces C = C pueden dar cis o trans isómeros.

cis A cis La configuración significa que los dos átomos de hidrógeno adyacentes al doble enlace sobresalen del mismo lado de la cadena. La rigidez del doble enlace congela su conformación y, en el caso de la cis isómero, hace que la cadena se doble y restringe la libertad conformacional del ácido graso. Cuantos más dobles enlaces tenga la cadena en el cis configuración, menos flexibilidad tiene. Cuando una cadena tiene muchos cis enlaces, se vuelve bastante curvado en sus conformaciones más accesibles. Por ejemplo, el ácido oleico, con un doble enlace, tiene un "pliegue", mientras que el ácido linoleico, con dos dobles enlaces, tiene un pliegue más pronunciado. El ácido α-linolénico, con tres dobles enlaces, favorece la forma de gancho. El efecto de esto es que, en entornos restringidos, como cuando los ácidos grasos son parte de un fosfolípido en una bicapa lipídica o triglicéridos en gotitas lipídicas, los enlaces cis limitan la capacidad de los ácidos grasos para empaquetarse estrechamente y, por lo tanto, pueden afectar la fusión. temperatura de la membrana o de la grasa. Los ácidos grasos insaturados cis, sin embargo, aumentan la fluidez de la membrana celular, mientras que los ácidos grasos insaturados trans no lo hacen. trans A trans configuración, por el contrario, significa que los dos átomos de hidrógeno adyacentes se encuentran en opuesto lados de la cadena. Como resultado, no hacen que la cadena se doble mucho y su forma es similar a la de los ácidos grasos saturados.

En la mayoría de los ácidos grasos insaturados de origen natural, cada doble enlace tiene tres (n-3), seis (n-6) o nueve (n-9) átomos de carbono después de él, y todos los dobles enlaces tienen una configuración cis. La mayoría de los ácidos grasos en el trans configuración (grasas trans) no se encuentran en la naturaleza y son el resultado del procesamiento humano (por ejemplo, hidrogenación). Algunos ácidos grasos trans también se encuentran naturalmente en la leche y la carne de los rumiantes (como el ganado vacuno y ovino). Se producen, por fermentación, en el rumen de estos animales. También se encuentran en los productos lácteos de la leche de rumiantes y también se pueden encontrar en la leche materna de las mujeres que los obtuvieron de su dieta.

Las diferencias geométricas entre los diversos tipos de ácidos grasos insaturados, así como entre los ácidos grasos saturados e insaturados, juegan un papel importante en los procesos biológicos y en la construcción de estructuras biológicas (como las membranas celulares).

Ejemplos de ácidos grasos insaturados
Nombre común Estructura química Δ X [11] C:D [10] UIQPA [12] norteX [13]
Ácido miristoleico CH3(CH2)3CH = CH(CH2)7COOH cis-Δ 9 14:1 14:1(9) norte−5
Ácido palmitoleico CH3(CH2)5CH = CH(CH2)7COOH cis-Δ 9 16:1 16:1(9) norte−7
Ácido sapienico CH3(CH2)8CH = CH(CH2)4COOH cis-Δ 6 16:1 16:1(6) norte−10
Ácido oleico CH3(CH2)7CH = CH(CH2)7COOH cis-Δ 9 18:1 18:1(9) norte−9
Ácido elaídico CH3(CH2)7CH = CH(CH2)7COOH trans-Δ 9 18:1 norte−9
Ácido vaccénico CH3(CH2)5CH = CH(CH2)9COOH trans-Δ 11 18:1 norte−7
Ácido linoleico CH3(CH2)4CH = CHCH2CH = CH(CH2)7COOH cis,cis-Δ 9, Δ 12 18:2 18:2(9,12) norte−6
Ácido linoelaídico CH3(CH2)4CH = CHCH2CH = CH(CH2)7COOH trans,trans-Δ 9, Δ 12 18:2 norte−6
ácido α-linolénico CH3CH2CH = CHCH2CH = CHCH2CH = CH(CH2)7COOH cis,cis,cis-Δ 9, Δ 12, Δ 15 18:3 18:3(9,12,15) norte−3
Ácido araquidónico CH3(CH2)4CH = CHCH2CH = CHCH2CH = CHCH2CH = CH(CH2)3COOH NIST cis,cis,cis,cis-Δ 5 Δ 8, Δ 11, Δ 14 20:4 20:4(5,8,11,14) norte−6
Ácido eicosapentaenoico CH3CH2CH = CHCH2CH = CHCH2CH = CHCH2CH = CHCH2CH = CH(CH2)3COOH cis,cis,cis,cis,cis-Δ 5, Δ 8, Δ 11, Δ 14, Δ 17 20:5 20:5(5,8,11,14,17) norte−3
Ácido erúcico CH3(CH2)7CH = CH(CH2)11COOH cis-Δ 13 22:1 22:1(13) norte−9
Ácido docosahexaenoico CH3CH2CH = CHCH2CH = CHCH2CH = CHCH2CH = CHCH2CH = CHCH2CH = CH(CH2)2COOH cis,cis,cis,cis,cis,cis-Δ 4, Δ 7, Δ 10, Δ 13, Δ 16, Δ 19 22:6 22:6(4,7,10,13,16,19) norte−3

Ácidos grasos pares o impares Editar

La mayoría de los ácidos grasos están encadenados de manera uniforme, p. Ej. esteárico (C18) y oleico (C18), lo que significa que están compuestos por un número par de átomos de carbono. Algunos ácidos grasos tienen números impares de átomos de carbono y se denominan ácidos grasos de cadena impar (OCFA). Los OCFA más comunes son los derivados saturados C15 y C17, ácido pentadecanoico y ácido heptadecanoico respectivamente, que se encuentran en los productos lácteos. [14] [15] A nivel molecular, los OCFA se biosintetizan y metabolizan de manera ligeramente diferente a los parientes de cadena uniforme.

Numeración de átomos de carbono Editar

La mayoría de los ácidos grasos naturales tienen una cadena no ramificada de átomos de carbono, con un grupo carboxilo (–COOH) en un extremo y un grupo metilo (–CH3) en el otro.

La posición de los átomos de carbono en la columna vertebral de un ácido graso generalmente se indica contando desde 1 en el extremo -COOH. Número de carbono X a menudo se abrevia o C-X (oa veces CX), con X= 1, 2, 3, etc. Este es el esquema de numeración recomendado por la IUPAC.

Otra convención usa letras del alfabeto griego en secuencia, comenzando con el primer carbono después el carboxilo. Por tanto, el carbono α (alfa) es C-2, el carbono β (beta) es C-3, y así sucesivamente.

Aunque los ácidos grasos pueden tener diversas longitudes, en esta segunda convención, el último carbono de la cadena siempre se etiqueta como ω (omega), que es la última letra del alfabeto griego. Una tercera convención de numeración cuenta los carbonos desde ese extremo, usando las etiquetas "ω", "ω − 1", "ω − 2". Alternativamente, la etiqueta "ω−X"está escrito" n−X", donde la" n "representa el número de carbonos en la cadena. [16]

En cualquier esquema de numeración, la posición de un doble enlace en una cadena de ácido graso siempre se especifica dando la etiqueta del carbono más cercano al carboxilo fin. [16] Por lo tanto, en un ácido graso de 18 carbonos, se dice que un doble enlace entre C-12 (o ω − 6) y C-13 (o ω − 5) está "en" la posición C-12 o ω-6 . La denominación IUPAC del ácido, como "ácido octadec-12-enoico" (o la variante más pronunciable "ácido 12-octadecanoico") siempre se basa en la numeración "C".

La notación Δ X,y. se utiliza tradicionalmente para especificar un ácido graso con dobles enlaces en las posiciones X,y. (La letra griega mayúscula "Δ" (delta) corresponde a la "D" romana, por Ddoble vínculo). Así, por ejemplo, el ácido araquidónico de 20 carbonos es Δ 5,8,11,14, lo que significa que tiene dobles enlaces entre los carbonos 5 y 6, 8 y 9, 11 y 12, y 14 y 15.

En el contexto de la dieta humana y el metabolismo de las grasas, los ácidos grasos insaturados a menudo se clasifican por la posición del doble enlace más cercano al carbono ω (solo), incluso en el caso de múltiples dobles enlaces, como los ácidos grasos esenciales. Así ácido linoleico (18 carbonos, Δ 9,12), γ-linolenorteEl ácido ic (18 carbonos, Δ 6,9,12) y el ácido araquidónico (20 carbonos, Δ 5,8,11,14) se clasifican como ácidos grasos "ω − 6", lo que significa que su fórmula termina con - CH = CH– CH
2 - CH
2 - CH
2 - CH
2 - CH
3 .

Los ácidos grasos con un número impar de átomos de carbono se denominan ácidos grasos de cadena impar, mientras que el resto son ácidos grasos de cadena par. La diferencia es relevante para la gluconeogénesis.

Denominación de ácidos grasos Editar

La siguiente tabla describe los sistemas más comunes de denominación de ácidos grasos.

Nomenclatura Ejemplos de Explicación
Trivial Ácido palmitoleico Nombres triviales (o nombres comunes) son nombres históricos no sistemáticos, que son el sistema de denominación más utilizado en la literatura. Los ácidos grasos más comunes tienen nombres triviales además de su nombres sistemáticos (vea abajo). Estos nombres con frecuencia no siguen ningún patrón, pero son concisos y, a menudo, inequívocos.
Sistemático ácido cis-9-octadec-9-enoico
(9Z) -ácido octadec-9-enoico
Nombres sistemáticos (o Nombres IUPAC) derivan del estándar Reglas de la IUPAC para la nomenclatura de la química orgánica, publicado en 1979, [17] junto con una recomendación publicada específicamente para lípidos en 1977. [18] La numeración de los átomos de carbono comienza desde el extremo carboxílico de la estructura de la molécula. Los dobles enlaces están etiquetados con cis-/trans- notación o mi-/Z- notación, en su caso. Esta notación es generalmente más detallada que la nomenclatura común, pero tiene la ventaja de ser técnicamente más clara y descriptiva.
Δ X cis-Δ 9, cis-Δ 12 ácido octadecadienoico En Δ X (o delta-X) nomenclatura, cada doble enlace está indicado por Δ X , donde el doble enlace comienza en el Xª enlace carbono-carbono, contando desde el extremo carboxílico de la estructura de la molécula. Cada doble enlace está precedido por un cis- o trans- prefijo, que indica la configuración de la molécula alrededor del enlace. Por ejemplo, el ácido linoleico se designa "cis-Δ 9, cis-Δ 12 ácido octadecadienoico ". Esta nomenclatura tiene la ventaja de ser menos detallada que la nomenclatura sistemática, pero no es más clara ni descriptiva desde el punto de vista técnico. [ cita necesaria ]
norteX
(o ω−X)
norte−3
(o ω − 3)
norteX (norte menos X además ω−X o omega-X) nomenclatura ambos proporcionan nombres para compuestos individuales y los clasifican por sus probables propiedades biosintéticas en animales. Un doble enlace se encuentra en el X ª enlace carbono-carbono, contando desde el extremo metilo de la estructura de la molécula. Por ejemplo, el ácido α-linolénico se clasifica como un norte-3 o ácidos grasos omega-3, por lo que es probable que comparta una vía biosintética con otros compuestos de este tipo. El ω−X, omega-X, o la notación "omega" es común en la literatura nutricional popular, pero la IUPAC la ha desaprobado a favor de norteX notación en documentos técnicos. [17] Las vías biosintéticas de ácidos grasos más comúnmente investigadas son norte−3 y norte−6.
Números de lípidos 18:3
18: 3n3
18:3, cis,cis,cis-Δ 9, Δ 12, Δ 15
18:3(9,12,15)
Números de lípidos coje la forma C:D, [10] donde C es el número de átomos de carbono en el ácido graso y D es el número de dobles enlaces en el ácido graso. Si D es más de uno, se supone que los dobles enlaces están interrumpidos por CH
2 unidades, es decir., a intervalos de 3 átomos de carbono a lo largo de la cadena. Por ejemplo, el ácido α-linolénico es un ácido graso 18: 3 y sus tres dobles enlaces se encuentran en las posiciones Δ 9, Δ 12 y Δ 15. Esta notación puede ser ambigua, ya que algunos ácidos grasos diferentes pueden tener el mismo C:D números. En consecuencia, cuando existe ambigüedad, esta notación generalmente se empareja con un Δ X o norteX término. [17] Por ejemplo, aunque el ácido α-linolénico y el ácido γ-linolénico son ambos 18: 3, pueden describirse sin ambigüedades como ácidos grasos 18: 3n3 y 18: 3n6, respectivamente. Para el mismo propósito, IUPAC recomienda usar una lista de posiciones de doble enlace entre paréntesis, adjunta a la notación C: D. [12] Por ejemplo, las notaciones recomendadas por la IUPAC para el ácido α y γ-linolénico son 18: 3 (9,12,15) y 18: 3 (6,9,12), respectivamente.

Ácidos grasos libres Editar

Cuando circulan en el plasma (ácidos grasos plasmáticos), no en su éster, los ácidos grasos se conocen como ácidos grasos no esterificados (NEFA) o ácidos grasos libres (FFA). Los FFA siempre están unidos a una proteína de transporte, como la albúmina. [19]

Industrial Editar

Los ácidos grasos generalmente se producen industrialmente mediante la hidrólisis de triglicéridos, con la eliminación de glicerol (ver oleoquímicos). Los fosfolípidos representan otra fuente. Algunos ácidos grasos se producen sintéticamente por hidrocarboxilación de alquenos. [20]

Ácidos grasos hiperoxigenados Editar

Los ácidos grasos hiperoxigenados se producen mediante procesos industriales específicos para cremas cutáneas tópicas. El proceso se basa en la introducción o saturación de peróxidos en ésteres de ácidos grasos mediante la presencia de luz ultravioleta y burbujeo de oxígeno gaseoso a temperaturas controladas. Específicamente, se ha demostrado que los ácidos linolénicos desempeñan un papel importante en el mantenimiento de la función de barrera de humedad de la piel (evitando la pérdida de agua y la deshidratación de la piel). [21] Un estudio en España publicado en el Journal of Wound Care en marzo de 2005 comparó un producto comercial con un placebo grasoso y ese producto específico fue más eficaz y rentable. [22] Actualmente se dispone de una amplia gama de estos productos médicos de venta libre. Sin embargo, el aceite de oliva aplicado tópicamente no resultó ser inferior en un ensayo de "no inferioridad controlado aleatorio triple ciego" realizado en España durante 2015. [23] [24] Es probable que los productos comerciales sean menos sucios de manipular y más lavables que el aceite de oliva o la vaselina, los cuales, si se aplican tópicamente, pueden manchar la ropa y la ropa de cama.

Por animales Editar

En los animales, los ácidos grasos se forman a partir de carbohidratos predominantemente en el hígado, el tejido adiposo y las glándulas mamarias durante la lactancia. [25]

Los carbohidratos se convierten en piruvato por glucólisis como el primer paso importante en la conversión de carbohidratos en ácidos grasos. [25] A continuación, el piruvato se descarboxila para formar acetil-CoA en la mitocondria. Sin embargo, esta acetil CoA debe transportarse al citosol donde se produce la síntesis de ácidos grasos. Esto no puede ocurrir directamente. Para obtener acetil-CoA citosólico, el citrato (producido por la condensación de acetil-CoA con oxaloacetato) se elimina del ciclo del ácido cítrico y se transporta a través de la membrana mitocondrial interna hacia el citosol. [25] Allí es escindido por la ATP citrato liasa en acetil-CoA y oxaloacetato. El oxaloacetato se devuelve a la mitocondria como malato. [26] La acetil-CoA citosólica es carboxilada por la acetil CoA carboxilasa en malonil-CoA, el primer paso comprometido en la síntesis de ácidos grasos. [26] [27]

Luego, la malonil-CoA participa en una serie repetida de reacciones que alargan la cadena de ácidos grasos en crecimiento en dos carbonos a la vez. Casi todos los ácidos grasos naturales, por lo tanto, tienen un número par de átomos de carbono. Cuando se completa la síntesis, los ácidos grasos libres casi siempre se combinan con glicerol (tres ácidos grasos por molécula de glicerol) para formar triglicéridos, la principal forma de almacenamiento de ácidos grasos y, por lo tanto, de energía en los animales. Sin embargo, los ácidos grasos también son componentes importantes de los fosfolípidos que forman las bicapas de fosfolípidos a partir de las cuales se construyen todas las membranas de la célula (la pared celular y las membranas que encierran todos los orgánulos dentro de las células, como el núcleo, el mitocondrias, retículo endoplásmico y aparato de Golgi). [25]

Los "ácidos grasos no combinados" o "ácidos grasos libres" que se encuentran en la circulación de los animales provienen de la descomposición (o lipólisis) de los triglicéridos almacenados. [25] [28] Debido a que son insolubles en agua, estos ácidos grasos se transportan unidos a la albúmina plasmática. Los niveles de "ácidos grasos libres" en la sangre están limitados por la disponibilidad de sitios de unión a la albúmina. Pueden ser absorbidos de la sangre por todas las células que tienen mitocondrias (con la excepción de las células del sistema nervioso central). Los ácidos grasos solo se pueden descomponer en las mitocondrias, mediante beta-oxidación seguida de una mayor combustión en el ciclo del ácido cítrico a CO2 y agua. Las células del sistema nervioso central, aunque poseen mitocondrias, no pueden absorber los ácidos grasos libres de la sangre, ya que la barrera hematoencefálica es impermeable a la mayoría de los ácidos grasos libres, [ cita necesaria ] excluidos los ácidos grasos de cadena corta y los ácidos grasos de cadena media. [29] [30] Estas células tienen que fabricar sus propios ácidos grasos a partir de carbohidratos, como se describió anteriormente, para producir y mantener los fosfolípidos de sus membranas celulares y los de sus orgánulos. [25]

Variación entre especies animales Editar

Los estudios sobre las membranas celulares de mamíferos y reptiles descubrieron que las membranas celulares de los mamíferos están compuestas por una mayor proporción de ácidos grasos poliinsaturados (DHA, ácido graso omega-3) que los reptiles. [31] Los estudios sobre la composición de ácidos grasos de aves han observado proporciones similares a las de los mamíferos, pero con 1/3 menos de ácidos grasos omega-3 en comparación con omega-6 para un tamaño corporal dado. [32] Esta composición de ácidos grasos da como resultado una membrana celular más fluida pero también permeable a varios iones (H +
& amp Na +
), lo que da como resultado membranas celulares que son más costosas de mantener. Se ha argumentado que este costo de mantenimiento es una de las causas clave de las altas tasas metabólicas y la concomitante sangre caliente de mamíferos y aves. [31] Sin embargo, la poliinsaturación de las membranas celulares también puede ocurrir en respuesta a las bajas temperaturas crónicas. En los peces, los ambientes cada vez más fríos conducen a un contenido cada vez más alto en la membrana celular de ácidos grasos monoinsaturados y poliinsaturados, para mantener una mayor fluidez (y funcionalidad) de la membrana a temperaturas más bajas. [33] [34]

La siguiente tabla muestra la composición de ácidos grasos, vitamina E y colesterol de algunas grasas dietéticas comunes. [35] [36]

Saturado Monoinsaturados Poliinsaturado Colesterol Vitamina e
g / 100g g / 100g g / 100g mg / 100g mg / 100g
Grasas animales
Grasa de pato [37] 33.2 49.3 12.9 100 2.70
Manteca [37] 40.8 43.8 9.6 93 0.60
Sebo [37] 49.8 41.8 4.0 109 2.70
Manteca 54.0 19.8 2.6 230 2.00
Grasas vegetales
Aceite de coco 85.2 6.6 1.7 0 .66
Mantequilla de cocoa 60.0 32.9 3.0 0 1.8
aceite de semilla de palma 81.5 11.4 1.6 0 3.80
aceite de palma 45.3 41.6 8.3 0 33.12
Aceite de algodón 25.5 21.3 48.1 0 42.77
Aceite de germen de trigo 18.8 15.9 60.7 0 136.65
Aceite de soja 14.5 23.2 56.5 0 16.29
Aceite de oliva 14.0 69.7 11.2 0 5.10
Aceite de maíz 12.7 24.7 57.8 0 17.24
Aceite de girasol 11.9 20.2 63.0 0 49.00
Aceite de cártamo 10.2 12.6 72.1 0 40.68
Aceite de cáñamo 10 15 75 0 12.34
Aceite de canola / colza 5.3 64.3 24.8 0 22.21

Los ácidos grasos exhiben reacciones como otros ácidos carboxílicos, es decir, sufren reacciones de esterificación y ácido-base.

Acidez Editar

Los ácidos grasos no muestran una gran variación en sus acidez, como lo indica su respectiva pKa. El ácido nonanoico, por ejemplo, tiene una pKa de 4.96, siendo solo ligeramente más débil que el ácido acético (4.76). A medida que aumenta la longitud de la cadena, disminuye la solubilidad de los ácidos grasos en agua, de modo que los ácidos grasos de cadena más larga tienen un efecto mínimo sobre el pH de una solución acuosa. Cerca de pH neutro, los ácidos grasos existen en sus bases conjugadas, es decir, oleato, etc.

Las soluciones de ácidos grasos en etanol se pueden valorar con una solución de hidróxido de sodio utilizando fenolftaleína como indicador. Este análisis se utiliza para determinar el contenido de ácidos grasos libres de las grasas, es decir, la proporción de triglicéridos que se han hidrolizado.

La neutralización de los ácidos grasos, una forma de saponificación (fabricación de jabón), es una vía ampliamente practicada para los jabones metálicos. [38]

Hidrogenación y endurecimiento Editar

La hidrogenación de ácidos grasos insaturados se practica ampliamente. Las condiciones típicas involucran 2.0-3.0 MPa de H2 presión, 150 ° C, y níquel soportado sobre sílice como catalizador. Este tratamiento proporciona ácidos grasos saturados. El grado de hidrogenación está indicado por el índice de yodo. Los ácidos grasos hidrogenados son menos propensos a enranciarse. Dado que los ácidos grasos saturados tienen un punto de fusión más alto que los precursores insaturados, el proceso se denomina endurecimiento. Se utiliza tecnología relacionada para convertir los aceites vegetales en margarina. La hidrogenación de triglicéridos (frente a ácidos grasos) es ventajosa porque los ácidos carboxílicos degradan los catalizadores de níquel, produciendo jabones de níquel. Durante la hidrogenación parcial, los ácidos grasos insaturados se pueden isomerizar a partir de cis para trans configuración. [39]

Más hidrogenación forzada, es decir, usando presiones más altas de H2 y temperaturas más altas, convierte los ácidos grasos en alcoholes grasos. Sin embargo, los alcoholes grasos se producen más fácilmente a partir de ésteres de ácidos grasos.

En la reacción de Varrentrapp, ciertos ácidos grasos insaturados se escinden en álcali fundido, una reacción que, en un momento dado, fue relevante para la elucidación de la estructura.

Autooxidación y rancidez Editar

Los ácidos grasos insaturados sufren un cambio químico conocido como autooxidación. El proceso requiere oxígeno (aire) y se acelera por la presencia de trazas de metales. Los aceites vegetales resisten este proceso en un grado pequeño porque contienen antioxidantes, como el tocoferol. Las grasas y los aceites a menudo se tratan con agentes quelantes como el ácido cítrico para eliminar los catalizadores metálicos.

Ozonólisis Editar

Los ácidos grasos insaturados son susceptibles de degradación por el ozono. Esta reacción se practica en la producción de ácido azelaico ((CH2)7(CO2H)2) de ácido oleico. [39]

Digestión e ingesta Editar

Los ácidos grasos de cadena corta y media se absorben directamente en la sangre a través de los capilares intestinales y viajan a través de la vena porta tal como lo hacen otros nutrientes absorbidos. Sin embargo, los ácidos grasos de cadena larga no se liberan directamente a los capilares intestinales. En cambio, se absorben en las paredes grasas de las vellosidades del intestino y se vuelven a ensamblar en triglicéridos. Los triglicéridos se recubren con colesterol y proteína (capa de proteína) en un compuesto llamado quilomicrón.

Desde el interior de la célula, el quilomicrón se libera en un capilar linfático llamado lácteo, que se fusiona en vasos linfáticos más grandes. Se transporta a través del sistema linfático y el conducto torácico hasta un lugar cercano al corazón (donde las arterias y venas son más grandes). El conducto torácico vacía los quilomicrones en el torrente sanguíneo a través de la vena subclavia izquierda. En este punto, los quilomicrones pueden transportar los triglicéridos a los tejidos donde se almacenan o metabolizan para obtener energía.

Metabolismo Editar

Cuando se metabolizan, los ácidos grasos producen grandes cantidades de ATP. Muchos tipos de células pueden usar glucosa o ácidos grasos para este propósito. Los ácidos grasos (proporcionados por ingestión o extrayendo los triglicéridos almacenados en los tejidos grasos) se distribuyen a las células para que sirvan como combustible para la contracción muscular y el metabolismo general. Se descomponen en CO2 y agua por las mitocondrias intracelulares, liberando grandes cantidades de energía, capturada en forma de ATP a través de la beta oxidación y el ciclo del ácido cítrico.

Ácidos grasos esenciales Editar

Los ácidos grasos que son necesarios para la buena salud pero que no pueden obtenerse en cantidad suficiente a partir de otros sustratos y, por lo tanto, deben obtenerse de los alimentos, se denominan ácidos grasos esenciales. Hay dos series de ácidos grasos esenciales: uno tiene un doble enlace a tres átomos de carbono del extremo metilo y el otro tiene un doble enlace a seis átomos de carbono del extremo metilo. Los seres humanos carecen de la capacidad de introducir dobles enlaces en los ácidos grasos más allá de los carbonos 9 y 10, contados desde el lado del ácido carboxílico. [40] Dos ácidos grasos esenciales son el ácido linoleico (LA) y el ácido alfa-linolénico (ALA). Estos ácidos grasos se encuentran ampliamente distribuidos en los aceites vegetales. El cuerpo humano tiene una capacidad limitada para convertir ALA en ácidos grasos omega-3 de cadena más larga: ácido eicosapentaenoico (EPA) y ácido docosahexaenoico (DHA), que también se pueden obtener del pescado. Los ácidos grasos omega-3 y omega-6 son precursores biosintéticos de los endocannabinoides con propiedades antinociceptivas, ansiolíticas y neurogénicas. [41]

Distribución Editar

Los ácidos grasos sanguíneos adoptan formas distintas en diferentes etapas de la circulación sanguínea. Se absorben a través del intestino en quilomicrones, pero también existen en lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) y lipoproteínas de baja densidad (LDL) después de su procesamiento en el hígado. Además, cuando se liberan de los adipocitos, los ácidos grasos existen en la sangre como ácidos grasos libres.

Se propone que la mezcla de ácidos grasos exudados por la piel de los mamíferos, junto con el ácido láctico y el ácido pirúvico, es distintiva y permite a los animales con un agudo sentido del olfato diferenciar a los individuos. [42]

El análisis químico de los ácidos grasos en los lípidos generalmente comienza con un paso de interesterificación que descompone sus ésteres originales (triglicéridos, ceras, fosfolípidos, etc.) y los convierte en ésteres metílicos, que luego se separan mediante cromatografía de gases. [43] o analizados por cromatografía de gases y espectroscopia de infrarrojo medio.

La separación de isómeros insaturados es posible mediante cromatografía de capa fina de iones de plata (argentación). [44] [45] Otras técnicas de separación incluyen la cromatografía líquida de alta resolución (con columnas cortas rellenas de gel de sílice con grupos de ácido fenilsulfónico enlazados cuyos átomos de hidrógeno se han intercambiado por iones de plata). El papel de la plata radica en su capacidad para formar complejos con compuestos insaturados.

Los ácidos grasos se utilizan principalmente en la producción de jabón, tanto con fines cosméticos como, en el caso de los jabones metálicos, como lubricantes. Fatty acids are also converted, via their methyl esters, to fatty alcohols and fatty amines, which are precursors to surfactants, detergents, and lubricants. [39] Other applications include their use as emulsifiers, texturizing agents, wetting agents, anti-foam agents, or stabilizing agents. [46]

Esters of fatty acids with simpler alcohols (such as methyl-, ethyl-, n-propyl-, isopropyl- and butyl esters) are used as emollients in cosmetics and other personal care products and as synthetic lubricants. Esters of fatty acids with more complex alcohols, such as sorbitol, ethylene glycol, diethylene glycol, and polyethylene glycol are consumed in food, or used for personal care and water treatment, or used as synthetic lubricants or fluids for metal working.


Oxidation of Fatty Acids | Bioquímica

In this article we will discuss about the process of oxidation of fatty acids.

Oxidation of Even-Carbon, Saturated Straight Chained Fatty Acids:

A. Activation of Fatty Acids:

Before they are oxidized, fatty acids must be activated. This activation requires energy (supplied by ATP) and takes place in 2 steps, as may be seen in figure 5-10.

In a first step, ATP reacts with the fatty acid to form a mixed anhydride (with liberation of pyrophosphate). This step is very similar to the reaction of activation of amino acids on the biosyn­thesis of proteins. Then, in a second step, the acyl- AMP formed reacts with coenzyme A-SH to give a thio-ester, the acyl-coenzyme A (with liberation of AMP).

B. Reactions of β-Oxidation:

The acyl-coenzyme A thus formed can then follow the pathway of β-oxida­tion which comprises the following reactions (see fig. 5-11).

1. Dehydrogenation under the action of an acyl-coA-dehydrogenase, a FAD enzyme, with formation of a α-β double bond in trans configuration

2. Hydration of this double bond, catalyzed by enoyl-coA hydratase (crotonase), with formation of α β-hydroxylated derivative of L-configuration

3. Dehydrogenation by L-β-hydroxyacyl-coA -dehydrogenase, a NAD + en­zyme, with formation of a β-keto derivative

4. By intervention of a molecule of coenzyme A, detachment of a two carbon fragment in the form of acetyl-coA, catalyzed by β-ketothiolase. This is thiolysis or “thioclastic scission.” There remains an acyl-coA having 2 carbon atoms less than the starting acyl-coA (or fatty acid).

This set of 4 reactions can be summarized as follows:

Then the acyl-coA formed (having 2 carbon atoms less than the starting fatty acid) will, in its turn, undergo the same series of 4 reactions to give an acetyl- coA and a new acyl-coA (having 4 carbon atoms less than the starting fatty acid) and so on. As proposed by Lynen, β-oxidation may be represented by a helix, each turn of which corresponds to a shortening of the fatty acid by 2 carbon atoms (liberated in the form of acetyl-coA) and a departure of 4H (see fig. 5-13).

The β-oxidation of fatty acids in an intra-mitochondrial process. The molecules of acetyl-coA formed will be used either in anabolic processes (biosynthesis of fatty acids and isoprenic lipids), or in ketogenesis, or they will be completely oxidized by the Krebs cycle. The reactions of the Krebs cycle is examined in fig. 4-38.

Besides this β-oxidation, there exists a second pathway: the peroxysomal β-oxidation which takes place in the peroxysomes. The reactions are identical to those of the mitochondrial β-oxidation. Only the first enzyme is different. It transfers directly the 2 H atoms removed from the acyl-coenzyme A during the formation of the double bond, to cytochrome a3 with formation of H2C2.

In plants, peroxysomal β-oxidation is the most important catabolism process of fatty acids. This system also exists in some tissues of mammals like the liver or kidney, and in yeasts, moulds and ciliates.

C. Energy Balance of the β-Oxidation of Fatty Acids:

Each turn of the helix of β-oxidation yields FADH2 and NADH + H + the reoxidation of which, thanks to the electron transport chain, allows the formation respectively, of 2 and 3 molecules of ATP, i.e. a total of 5 ATP per turn (or per unit of 2 carbon atoms detached from the molecule of fatty acid).

The acetyl-coA is then oxidized by the Krebs cycle with formation of 12 ATP. The complete oxidation of one unit of 2 carbon atoms therefore yields 17 ATP. Referring to the example of stearic acid (see fig. 5-12) which has 18 carbon atoms, one can see that its complete oxidation will allow the formation of (8 x 5) + (9 x 12) i.e. 148 ATP, and after deducting the ATP required for the preliminary activation of the fatty acid, there is a gain of 147 ATP.

The energy yield per carbon atom is therefore of the order of 8 ATP (147/18) in the oxidation of fatty acids and 6 (38/6) in the oxidation of glucose. Moreover, triglycerides contain many more carbon atoms per unit weight than the polysaccharides and can therefore constitute larger energy reserves for a much smaller weight.

At the end, let us point out that the enzyme implied in the β-oxidation of fatty acids are mainly located in the mitochondria, just like the enzymes respon­sible for electron transport and oxidative phosphorylation.

One can therefore make the same observation as in the case of Krebs cycle (which is also an intra-mitochondrial process): it appears that in the mitochondria there is a concentration of enzymatic systems which permits on the one hand, the oxida­tion of the energy reserve substances, and on the other hand, the formation of ATP, which must enhance the efficiency of these energy transfers.

However, due to intra-mitochondrial location of β-oxidation, the acetyl- coenzyme A which is required for the synthesis of fatty acids or sterols, has to leave the mitochondrion. It comes out in the form of citrate formed by reaction of acetyl-coenzyme A with the oxalacetate.

In the cytoplasm, citric acid is cleaved by ATP-citrate lyase which, in presence of a molecule of coenzyme A and ATP, yields one molecule of acetyl-coenzyme A and one molecule of oxalacetate (ATP being hydrolyzed to ADP + PI).

Oxidation of Odd-Carbon Atoms Saturated Fatty Acids:

They also undergo β-oxidation, but the 5-carbon atom acyl-coenzyme A, obtained at the end of the last but one turn of the helix (instead of butyryl co-A, see fig. 5-12) is cleaved to acetyl-coenzyme A + propionyl-coenzyme A.

The latter undergoes a carboxylation (in presence of propionyl-coA-carboxylase, biotin and ATP) and then isomerization (in presence of methyl malonyl-coA mutase which has a cobamide type coenzyme, derived from vitamin B12), yielding succinyl-coenzyme A, an intermediate of the Krebs cycle, (see fig. 5-13).

Oxidation of Unsaturated Fatty Acids:

The catabolism of unsaturated fatty acids takes place by a modification of the β-oxidation consecutive to the position of double bonds. We shall take the example of linoleic acid which is the most complex case (see fig. 5-15).

The numbering of carbon atoms is indicated below each formula:

The reaction begins with a conventional β-oxidation till formation of an acyl coA with 12 carbon atoms having a double bond cis in β-γ. Thanks to an isomerase, the latter is converted into a double bond trans placed in α-β. The acyl coA obtained will therefore continue to be catabolized by the conventional reactions of β-oxidation yielding a fatty acid with 10 carbon atoms.

Acyl coA dehydrogenase introduces a double bond. After the action of 2, 4 dienoyl coA reductase which has NADPH as coenzyme, the 2 double bonds are replaced by a single one localized in β-y. The intervention of enoyl coA isomerase permits the introduction of this latter compound into the normal cycle of β-oxidation.

In the case of a fatty acid like oleic acid (18:1(9)), only the first 3 reactions of figure 5-14 come into play. This catabolism pathway is present in mitochondria and peroxysomes of the liver. It was found in mammals. An analogous system exists in fungi and bacteria.

Oxidation of Branched Fatty Acids:

We will take the example of a-methyl-butyryl-coenzyme A, formed from isoleucine (glucoformer and ketoformer aminoacid) by deamination or trans­amination (reactions that we will study in connection with the metabolism of amino acids), then oxidative decarboxylation.

As may be seen in figure 5-15, the presence of the methyl group does not prevent the usual reactions of β-oxidation, and one observes the successive formation of the α-β-unsaturated derivative, β-hydroxylated derivative and β-keto derivative.

Thiolysis finally gives:

1. Acetyl-coA which can be used for the synthesis of various lipids or for ketogenesis (hence the ketoformer character of isoleucine)

2. Propionyl-coA which will be converted, as just seen above (see fig. 5-13), into succinyl-coA, an intermediate of the Krebs cycle which will be transformed (within the cycle) into oxaloacetic acid. The latter can be converted into phospho-enol-pyruvic acid (see fig. 4-34), then into glucose by the neoglucogenesis reactions, which explains the glucoformer character of isoleucine.


Breakdown of Fatty Acids (With Diagram) | Plantas

Fats are found in dynamic state in plants, i.e., at one time they are synthesized while at other time they break down to meet specific requirement of the cells.

Active breakdown of fats (insoluble) takes place as follows:

(i) During germination of fatty seeds so that the decomposition products may enter into glycolysis and Kreb’s cycle to release energy and also to synthesise soluble sucrose through glyoxylic acid cycle which is then translocated to the growing regions of the young germinating seedling till it develops green leaves to manufacture its own food.

(ii) In plants, when carbohydrates reserve declines, the fats (and also proteins), may form the respiratory substrates which are broken down and oxidised to release energy.

The fats are first hydrolysed in the presence of the enzymes lipases to yield fatty acids and glycerol.

Oxidation of Glycerol:

The glycerol may react with ATP under the catalytic influence of glycerol kinase to form glycerol-3-phosphate which is then oxidised in the presence of glycerol-3-phasphate dehydrogenase and NAD + to produce dihydroxyacetone phosphate and enters into glycolysis.

The conversion of glycerol into pyruvic acid that takes place in cytoplasm yields 2ATPs by substrate level phosphorylation and 2NADH which on reoxidation by terminal electron transport chain via the external NADH dehydrogenase (located on the outer surface of the inner mitochondrial membrane in plants) further generate 4 ATP molecules (2 mol./NADH oxidised).

If the pyruvic acid also undergoes complete oxidation into CO2 y H2O in Kreb’s cycle (or TCA cycle), it will produce another 15ATP molecules. Thus a total of 2 + 4 + 15 = 21ATPs are produced per glycerol moleule oxidised. However, 1 ATP molecule is consumed in the glycerol kinase catalysed reaction. Hence, the net gain is 21 – 1 = 20 ATPs per glycerol molecule oxidised.

Oxidation (Breakdown) of Fatty Acids:

Now, long chain fatty acids are broken down by α-oxidation and β-oxidation. The β-oxidation ultimately produces the active 2-C units, the acetyl-CoA (CH3CO C0A).

Here, the long chain of fatty acid is gradually broken down until it is reduced to 12C-atoms. Fatty acids with less than 13-C atoms are not affected by this process. One complete α-oxidation results in the elimination of one carbon atom in the form of CO2 from the — COOH group of the fatty acid, whereas α-C-atom, i.e., C-atom no., 2, adjacent to COOH is oxidised (α-oxidation).

Process of α–oxidation is as follows:

(i) The fatty acid is oxidatively decarboxylated in presence of enzyme fatty acid peroxidase and H2O2 to form an aldehyde. Here, CO2, comes out from the carboxylic group and oxidation takes place at a-C-atom that converts into aldehyde group.

(ii) Now, the aldehyde is further oxidised in the presence of enzyme aldehyde dehydrogenase to form the new fatty acid containing one carbon atom less than in the original fatty acid NAD+ is reduced in the reaction.

The new fatty acid will oxidise repeatedly, till it consists of 12-C atoms by the same process of a-oxidation.

β -oxidation is the main process of fatty acid degradation in plants. This mechanism is well established for saturated fatty acids, while obscure for unsaturated fatty acids.

β -oxidation takes place in mitochondria and also in glyoxysomes. It involves sequential removal of 2-C in the form of acetyI-CoA (CH3CO. SCoA) molecules from the caboxyl end of fatty acid. This is called β-C (i.e., C atom No.3) of the fatty oxidized during this process.

Various steps of this process are as follows:

(i) The first step involves the activation of fatty acid in the presence of ATP and enzyme thiokinase. CoASH is consumed and COA derivative of fatty acid is produced.

The AMP (adenosine Mono-phosphate) molecule thus produced reacts with another ATP molecule under the catalytic influence of enzyme adenylate kianes to form 2 ADP molecules.

(ii) In the second step of β-oxidation, two hydrogen atoms are removed between α and β-C atom and a trans α, β-unsaturated fatty acyl CoA is formed. This reaction is catalysed by FAD-containing enzyme acyl-CoA dehydrogenase.

(iii) The third step involves the addition of a water molecule across the double bond to form corresponding β-hydroxyacyle-CoA in the presenceof enzyme enoyl hydrase.

(iv) In the fourth step β-hydroxyacyle-CoA is dehydrogenated in the presence of NAD-specific β-hydroxyacyle-CoA dehydrogenase. Two hydrogen atoms are removed from the β-C atom (β-oxidation) which now bears a carbonyl function and β-keto fatty acyl is formed.

(v) The fifth and last step involves the thioclastic cleavage of β-ketofatty acyl-CoA in the presence of the enzyme β-ketoacyl thiolase and results in the formation of an active 2-C unit acetyl-CoA and a fatty acyl-CoA molecule which is shoter by two-carbon atoms than when it entered the β-oxiadtion spiral.

The fatty acyl-CoA so produced again re-enters the P-oxidation spiral at step 2, by passing the first step as it is already activated, and losing a further 2-C unit. This sequence continues till whole molecule is degraded.

Each turn of the P-oxidation generates one FAD1I, (step 2), one NADH + H + (step 4) and one acetyl-CoA molecule (step 5). However, in the last turn of the spiral two acetyl-CoA molecules will be produced. Reoxidation of FADH, and NADH + H + by the electron transport chain will yield 2 and 3 ATP molecules respectively.

Thus each turn of P-oxidation generates 5 ATP molecules. However, in the first turn 2 ATPs are consumed in the first step, thus in this turn there will be a net gain of only 3 ATP molecules.

Complete oxidation of one acetyl-CoA molecule in TCA cycle to CO, and H,0 will result in the production of 12 ATP molecules.

Thus huge amount of energy is generated in the form of ATP molecules by the mitochondrial oxidation of fatty acids through the P-oxidation spiral and TCA cycle. For instance, one molecule of palmitic acid (with 16 C atoms) on complete oxidation will produce 129 ATP molecules.

Fate of Acetyl-CoA (CH3CO-CoA):

Acety1-CoA units are end products of β-oxidation of fatty acids. Which may enter (i) into Kreb’s cycle (TCA cycle) and are oxidised to release energy as mentioned in preceding paragraphs, or (ii) in case of germination of fatty acids, they are converted into soluble sucrose through the glyoxylic acid cycle.

Korenberg and Krebs (1957) framed a cycle which is known as Glyoxylic Acid Cycle or Glyoxylate Cycle through which the fats could be converted into sucrose (carbohydrates) during the germination of fatty seeds in plants.

The glyoxylate cycle is completed in glyoxysomes, mitochondria and cytosol. Various steps of this cycle occurring in higher plants especially during the germination of fatty seeds are shown in fig. 7.6 (Glyoxylate cycle) that occur in glyoxysome and mitochondrion.


Engineering the pathway in Escherichia coli for the synthesis of medium-chain-length polyhydroxyalkanoates consisting of both even- and odd-chain monomers

Fondo: Medium-chain-length polyhydroxyalkanoates (mcl-PHAs) containing various chain length monomers from C6 to C14 have more applications besides sustainable and environmental-friendly biomaterials owing to their superior physical and mechanical properties. We engineered a reversed fatty acid β-oxidation pathway in Escherichia coli that can synthesize mcl-PHA directly from glucose and achieved high yield. However, there were only even-chain monomers in the biosynthetic polymers. The need for mcl-PHA harboring both even- and odd-chain monomers with better and wider utility impels us to develop the biosynthetic routes for the production of the novel and unnatural mcl-PHA through rewiring the basic metabolism.

Resultados: In the present study, a propionate assimilation and metabolic route was integrated into the reversed fatty acid β-oxidation in order to produce mcl-PHA consisting of both even- and odd-numbered monomers. The content of odd-numbered monomers in mcl-PHA was improved with the increased propionate addition. After further deletion of pyruvate oxidase (PoxB) and pyruvate formate-lyase (PflB), the metabolically engineered chassis E. coli LZ08 harboring pQQ05 and pZQ06 (overexpression of prpP and prpE genes from Ralstonia eutropha H16) innovatively accumulated 6.23 wt% mcl-PHA containing odd-chain monomers ranging from 7 to 13 carbon atoms about 20.03 mol%.

Conclusiones: This is the first successful report on production of mcl-PHA harboring both even- and odd-chain monomers (C6-C14) synthesized from glucose and propionate in recombinant E. coli. This present study achieved the highest yield of de novo production of mcl-PHA containing odd-numbered monomers in E. coli at shake-flask fermentation level. Continued engineering of host strains and pathway enzymes will ultimately lead to more economical production of odd-chain monomers based on market demand. The synthetic pathway can provide a promising platform for production of other value-added chemicals and biomaterials that use acetyl-CoA and propionyl-CoA as versatile precursors and can be extended to other microorganisms as intelligent cell factories.

Palabras clave: Escherichia coli Metabolic engineering Odd-chain monomers Polyhydroxyalkanoates Reversed fatty acid β-oxidation cycle Synthetic biology.


Agradecimientos

The authors are grateful to the Medical Research Council for core funding (Lipid Profiling and Signalling programme grant number UD99999906, Cambridge Lipidomics Biomarker Research Initiative grant G0800783, MRC Human Nutrition Research PhD programme). Grant GAČR: GA15–09518S and grant Czech Science Foundation GACR: 16-06326S funded part of the gut microbiota investigation. The authors would like to acknowledge the USDA (ACNC-USDA-CRIS 6251-51000-005-03S) for funding of the dose response animal study within this manuscript. The Human study “Dairy Fat supplementation” was supported by research grants from the Hospices Civils de Lyon (Actions Incitatives) from the Programme Hospitalier de Recherche Clinique Interregional from the Agence Nationale de la Recherche (Programme de Recherche en Nutrition Humaine and the Programme National de Recherche en Alimentation) and from the Innovation Stratégique Industrielle program of the Agence pour l’Innovation OSEO (Innovation Thérapeutique – Diabète project). K. Seyssel and M. Alligier were recipients of a doctoral fellowship from the Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche (France). The phytol supplementation animal study was supported by grants from the Academy of Finland (138690), the Sigrid Juselius Foundation and NordForsk under the Nordic Centres of Excellence Programme in Food, Nutrition and Health, project “Mitohealth” (070010). The NIH Grant R01-DK-18243 for funding of the canine study. HACL1 knockout mouse model was supported by grants from the Flemish “Fonds Wetenschappelijk Onderzoek” (G.0721.10N) and KU Leuven (OT/14/100).


Ketogenesis

Much of the acetyl-CoA produced by fatty acid b -oxidation in liver mitochodria is converted in acetoacetate y B -hydroxybutyrate (también conocido como cuerpos cetónicos). These molecules can be used by heart and skeletal muscle to produce energy. Brain, which usually depends on glucose as sole energy source, can also use ketone bodies during a long fasting period (larger than two or three days). Ketogenesis (ketone bodies synthesis) begins with the condensation of two acetyl-CoA molecules to form acetoacetyl-CoA:

Condensation of another acetyl-CoA molecule yields 3-hydroxy-3-methyl-glutaryl-CoA (HMG-CoA). The basic mechanism of this reaction is identical to the condensation of oxaloacetate with acetyl-CoA to produce citrate, the first step in the citric acid cycle.

HMG-CoA is afterwards cleaved in acetoacetate and acetyl-CoA:

Acetoacetate moves into the bloodstream and gets distributed to the tissues. Once absorbed, it reacts (in mitochondria) with succinyl-CoA, yielding succinate and acetoacetyl-CoA, which can be cleaved by thiolase into two molecules of acetyl-CoA.


Biochemistry and genetics of inherited disorders of peroxisomal fatty acid metabolism

In humans, peroxisomes harbor a complex set of enzymes acting on various lipophilic carboxylic acids, organized in two basic pathways, alpha-oxidation and beta-oxidation the latter pathway can also handle omega-oxidized compounds. Some oxidation products are crucial to human health (primary bile acids and polyunsaturated FAs), whereas other substrates have to be degraded in order to avoid neuropathology at a later age (very long-chain FAs and xenobiotic phytanic acid and pristanic acid). Whereas total absence of peroxisomes is lethal, single peroxisomal protein deficiencies can present with a mild or severe phenotype and are more informative to understand the pathogenic factors. The currently known single protein deficiencies equal about one-fourth of the number of proteins involved in peroxisomal FA metabolism. The biochemical properties of these proteins are highlighted, followed by an overview of the known diseases.

Cifras

Peroxisome biogenesis in humans. A:…

Peroxisome biogenesis in humans. A: A simplified scheme for protein import in mammalian…

Formation of phytanic acid from…

Formation of phytanic acid from phytol and its metabolism. Phytol, derived from chlorophyll,…

Peroxisomal α-oxidation. At the left…

Peroxisomal α-oxidation. At the left side, the revised α-oxidation pathway for phytanic acid…

Overview of peroxisomal β-oxidation reactions.…

Overview of peroxisomal β-oxidation reactions. The basic steps of the peroxisomal β-oxidation sequence…

Formation of bile acids and…

Formation of bile acids and stereochemistry of the involved enzymes. Shown at the…

Organization of peroxisomal β-oxidation in…

Organization of peroxisomal β-oxidation in relation to cellular metabolism. In this scheme, the…

Formation and degradation of PUFA.…

Formation and degradation of PUFA. Starting from the essential FAs oleic acid (not…