BÊTA OXYDATION DES ACIDES GRAS: ÉTAPES, RÉACTIONS, PRODUITS, RÉGULATION - LA BIOLOGIE - 2025

La bêta oxydation des acides gras est la voie du catabolisme (dégradation) des acides gras, dont la fonction principale est la production ou la «libération» de l'énergie contenue dans les liaisons de ces molécules.

Cette voie a été découverte en 1904 grâce aux expériences menées par l'Allemand Franz Knoop, qui consistaient en l'administration, à des rats expérimentaux, d'acides gras dont le groupe méthyle final avait été modifié par un groupe phényle.

Schéma de l'oxydation bêta des acides gras (Source: Arturo González Laguna via Wikimedia Commons)

Knoop s'attendait à ce que les produits du catabolisme de ces acides gras «analogues» suivent des voies similaires à la voie d'oxydation des acides gras normaux (naturels non modifiés). Cependant, il a constaté qu'il existait des différences dans les produits obtenus en fonction du nombre d'atomes de carbone des acides gras.

Avec ces résultats, Knoop a proposé que la dégradation se produise en «étapes», commençant par une «attaque» sur le carbone β (celui en position 3 par rapport au groupe carboxyle terminal), libérant des fragments de deux atomes de carbone.

Il a été montré plus tard que le processus nécessite de l'énergie sous forme d'ATP, qui est produit dans les mitochondries et que les fragments de deux atomes de carbone entrent dans le cycle de Krebs sous forme d'acétyl-CoA.

En bref, l'oxydation bêta d'acides gras implique l'activation du groupe carboxyle terminal, le transport de l'acide gras activé dans la matrice mitochondriale et une oxydation "échelonnée" deux par deux du carbone à partir du groupe carboxyle.

Comme de nombreux processus anaboliques et cataboliques, cette voie est régulée, car elle mérite la mobilisation d'acides gras «de réserve» lorsque les autres voies cataboliques ne sont pas suffisantes pour répondre aux besoins énergétiques cellulaires et corporels.

Étapes et réactions

Les acides gras sont principalement dans le cytosol, qu'ils proviennent de voies de biosynthèse ou de dépôts graisseux stockés à partir d'aliments ingérés (qui doivent pénétrer dans les cellules).

- Activation des acides gras et transport vers les mitochondries

L'activation des acides gras nécessite l'utilisation d'une molécule d'ATP et concerne la formation de conjugués acylthioester avec la coenzyme A.

Cette activation est catalysée par un groupe d'enzymes appelées acétyl-CoA ligases spécifiques à la longueur de chaîne de chaque acide gras. Certaines de ces enzymes activent les acides gras lorsqu'ils sont transportés dans la matrice mitochondriale, car ils sont intégrés dans la membrane mitochondriale externe.

Activation des acides gras (Source: Jag123 sur Wikipedia anglais via Wikimedia Commons)

Le processus d'activation se déroule en deux étapes, produisant d'abord un adénylate d'acyle à partir de l'acide gras activé avec l'ATP, où une molécule de pyrophosphate (PPi) est libérée. Le groupe carboxyle activé par l'ATP est ensuite attaqué par le groupe thiol de la coenzyme A pour former l'acyl-CoA.

La translocation de l'acyl-CoA à travers la membrane mitochondriale est réalisée par un système de transport appelé navette carnitine.

- Bêta oxydation d'acides gras saturés avec un nombre pair d'atomes de carbone

La dégradation des acides gras est une voie cyclique, puisque la libération de chaque fragment de deux atomes de carbone est immédiatement suivie d'un autre, jusqu'à atteindre toute la longueur de la molécule. Les réactions qui participent à ce processus sont les suivantes:

- Déshydrogénation.

- Hydratation d'une double liaison.

- Déshydrogénation d'un groupe hydroxyle.

- Fragmentation par l'attaque d'une molécule d'acétyl-CoA sur le carbone β.

Réaction 1: première déshydrogénation

Il consiste en la formation d'une double liaison entre le carbone α et le carbone β en éliminant deux atomes d'hydrogène. Il est catalysé par une enzyme acyl-CoA déshydrogénase, qui forme une molécule de trans∆2-énoyl-S-CoA et une molécule de FAD + (cofacteur).

Réactions 2 et 3: hydratation et déshydrogénation

L'hydratation est catalysée par l'énoyl-CoA hydratase, tandis que la déshydrogénation est médiée par la 3-hydroxyacyl-CoA déshydrogénase, et cette dernière réaction dépend du cofacteur NAD +.

L'hydratation du trans∆2-énoyl-S-CoA donne naissance à un 3-hydroxyacyl-CoA, dont la déshydrogénation produit une molécule de 3-cétoacyl-CoA et un NADH + H.

Le FADH2 et le NADH produits dans les trois premières réactions d'oxydation bêta sont réoxydés à travers la chaîne de transport d'électrons, grâce à laquelle ils participent à la production d'ATP, 2 molécules pour chaque FADH2 et 3 molécules pour chaque NADH.

Réaction 4: fragmentation

Chaque cycle d'oxydation bêta qui élimine une molécule à deux atomes de carbone se termine par le clivage «thiolytique» du céto-carbone, qui est attaqué par la coenzyme A au niveau de la liaison entre les carbones α et β.

Cette réaction est catalysée par l'enzyme β-cétothiolase ou thiolase, et ses produits sont une molécule d'acyl-CoA (l'acide gras activé avec deux atomes de carbone en moins) et une d'acétyl-CoA.

- Bêta oxydation d'acides gras saturés avec un nombre impair d'atomes de carbone

Dans les acides gras à nombre impair d'atomes de carbone (qui ne sont pas très abondants), la molécule du dernier cycle de dégradation a 5 atomes de carbone, donc sa fragmentation produit une molécule d'acétyl-CoA (qui entre dans le cycle de Krebs) et un autre de propionyl-CoA.

Le propionyl-CoA doit être carboxylé (réaction dépendant de l'ATP et du bicarbonate) par l'enzyme propionyl-CoA carboxylase, formant ainsi un composé appelé D-méthylmalonyl-CoA, qui doit être épimérisé à sa forme «L».

Oxydation bêta d'acides gras impairs (Source: Eleska via Wikimedia Commons)

Le composé issu de l'épimérisation est ensuite transformé en succinyl-CoA par l'action de l'enzyme L-méthylmalonyl-CoA mutase, et cette molécule, ainsi que l'acétyl-CoA, entre dans le cycle de l'acide citrique.

- Bêta oxydation des acides gras insaturés

De nombreux lipides cellulaires ont des chaînes d'acides gras insaturés, c'est-à-dire qu'ils ont une ou plusieurs doubles liaisons entre leurs atomes de carbone.

L'oxydation de ces acides gras est un peu différente de celle des acides gras saturés, puisque deux enzymes supplémentaires, l'énoyl-CoA isomérase et la 2,4-diénoyl-CoA réductase, sont en charge d'éliminer ces insaturations afin que ces acides gras peut être un substrat pour l'enzyme énoyl-CoA hydratase.

Oxydation bêta des acides gras insaturés (Source: Hajime7basketball via Wikimedia Commons)

L'énoyl-CoA isomérase agit sur les acides gras monoinsaturés (avec une seule insaturation), tandis que l'enzyme 2,4-diénoyl-CoA réductase réagit avec les acides gras polyinsaturés (avec deux insaturations ou plus).

- Oxydation extramitochondriale bêta

La bêta oxydation des acides gras peut également se produire à l'intérieur d'autres organites cytosoliques tels que les peroxisomes, par exemple, à la différence que les électrons qui sont transférés à FAD + ne sont pas livrés à la chaîne respiratoire, mais directement à l'oxygène.

Cette réaction produit du peroxyde d'hydrogène (l'oxygène est réduit), un composé qui est éliminé par l'enzyme catalase, spécifique de ces organites.

Produits de l'oxydation bêta

L'oxydation des acides gras produit beaucoup plus d'énergie que la dégradation des glucides. Le principal produit de l'oxydation bêta est l'acétyl-CoA produit à chaque étape de la partie cyclique du chemin, cependant, d'autres produits sont:

- AMP, H + et pyrophosphate (PPi), produits lors de l'activation.

- FADH2 et NADH, pour chaque acétyl-CoA produit.

- Succinyl-CoA, ADP, Pi, pour les acides gras à chaînes impaires.

Oxydation bêta de l'acide palmitique (Source: ´Rojinbkht via Wikimedia Commons)

Si l'on considère comme exemple l'oxydation bêta complète de l'acide palmitique (palmitate), un acide gras à 16 atomes de carbone, la quantité d'énergie produite équivaut à plus ou moins 129 molécules d'ATP, qui proviennent des 7 tours qu'il doit effectuer. le cycle.

Régulation

La régulation de l'oxydation bêta des acides gras dans la plupart des cellules dépend de la disponibilité énergétique, non seulement liée aux glucides, mais aussi aux acides gras eux-mêmes.

Les animaux contrôlent la mobilisation et, par conséquent, la dégradation des graisses par des stimuli hormonaux, qui sont en même temps contrôlés par des molécules telles que l'AMPc, par exemple.

Dans le foie, principal organe de dégradation des graisses, la concentration de malonyl-CoA est extrêmement importante pour la régulation de l'oxydation bêta; c'est le premier substrat impliqué dans la voie de biosynthèse des acides gras.

Lorsque le malonyl-CoA s'accumule en grandes proportions, il favorise la biosynthèse des acides gras et inhibe le transporteur mitochondrial ou la navette acyl-carnitine. Lorsque sa concentration diminue, l'inhibition cesse et l'oxydation bêta est activée.

Références

1. Mathews, C., van Holde, K., et Ahern, K. (2000). Biochemistry (3e éd.). San Francisco, Californie: Pearson.
2. Nelson, DL et Cox, MM (2009). Principes de Lehninger de biochimie. Omega Editions (5e éd.).
3. Rawn, JD (1998). Biochimie. Burlington, Massachusetts: Éditeurs Neil Patterson.
4. Schulz, H. (1991). Bêta oxydation des acides gras. Biochimica et Biophysica Acta, 1081, 109-120.
5. Schulz, H. (1994). Régulation de l'oxydation des acides gras dans le cœur. Critical Review, 165–171.
6. Schulz, H. et Kunau, W. (1987). Bêta-oxydation des acides gras insaturés: une voie révisée. TIBS, 403-406.