Em formação

Como uma enzima pode favorecer até mesmo ácidos graxos encadeados?

Como uma enzima pode favorecer até mesmo ácidos graxos encadeados?



We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Se olharmos os livros didáticos para o metabolismo dos ácidos graxos humanos (síntese de FA ou oxidação β), eles normalmente mostram ácidos graxos de comprimento uniforme (C8, C10, etc.). Agora, de uma perspectiva química, estou me perguntando como as enzimas envolvidas reconhecem que o ácido graxo é um número par de carbonos.

Alguém pode me indicar experimentos (históricos) que foram feitos que mostram que essas vias humanas de fato só se aplicam a ácidos graxos de cadeia uniforme? Ou eles também agem sobre ácidos graxos de comprimento estranho?


A primeira experiência que mostrou que os ácidos graxos são oxidados em unidades C2 foi realizada por Georg Franz Knoop e publicada em 1904 como "Der Abbau aromatischer Fettsäuren im Tierkörper." O artigo na referência 1 afirma:

Georg Franz Knoop descobriu a oxidação β dos ácidos graxos. Em 1904, ele publicou seus experimentos clássicos usando ácidos graxos ω-fenil de cadeia ímpar e par, como o ácido ω-fenilvalérico e o ácido ω-fenilbutírico (Knoop 1904). Knoop alimentou cães com esses compostos e analisou sua urina. Em cães que foram alimentados com ácidos graxos de cadeia ímpar, ele encontrou ácido hipúrico (conjugado de ácido benzóico e glicina), enquanto os cães que foram alimentados com ácidos graxos de cadeia uniforme excretaram ácido fenacetúrico (conjugado de ácido fenilacético e glicina). A partir disso, ele concluiu que o metabolismo dos ácidos graxos ocorre pela remoção sucessiva de dois fragmentos de carbono. A cadeia gordurosa restante deve conter um ácido carboxílico. Ele postulou que a oxidação ocorreu no átomo de carbono β, uma oxidação desconhecida para a química orgânica.

Se a cadeia de ácido graxo tem um número ímpar de átomos de carbono, o propionil-CoA resultante é modificado em succinil-CoA que é então usado por diferentes processos.

Durante a quebra da cadeia, grupos acetil-CoA são liberados (no final de cada etapa), que podem ser posteriormente metabolizados pelo corpo. O acetil-CoA é alimentado no ciclo de Krebs e então oxidado.

Referências:

  1. Uma introdução geral à bioquímica da β-oxidação de ácidos graxos mitocondriais
  2. Oxidação de ácidos graxos

Ácidos graxos insaturados de cadeia longa

Biotransformação baseada em lipoxigenase / peróxido de liase

A oxigenação de ácidos graxos insaturados de cadeia longa também pode ser conduzida por uma combinação de lipoxigenases e hidroperóxidos liases em plantas (Grechkin, 1998 Joo e Oh, 2012). Por exemplo, ácido 12-oxododec-9-enóico (4), Ácido 12-hidroxi dodec-9-enóico (5), e ácido 1,12-dodec-9-enodioico (6), que estão envolvidos na estimulação do crescimento da planta e defesa à invasão de patógenos, são sintetizados a partir do ácido α-linolênico (1) por 13-lipoxigenases, hidroperóxido liases e álcool desidrogenases, respectivamente (Grechkin, 1998 Mukhtarova etal., 2011) (Scheme1).

Esquema 1. Vias vegetais baseadas na lipoxigenase, que foram usadas para produzir ácidos graxos de cadeia média a partir de ácidos graxos insaturados de cadeia longa (Grechkin, 1998). Por exemplo, ácido 12-hidroxi dodec-9-enóico (5) e ácido 1,12-dodec-9-enodioico (6) são sintetizados a partir do ácido α-linolênico (1) por 13-lipoxigenases, hidroperóxido liases e álcool / aldeído desidrogenases.

Como uma aplicação biotecnológica, uma conversão enzimática de duas etapas do ácido linoléico em ácido 9-oxononanóico pela 9S-lipoxigenase de Solanum tuberosum e a 9/13-hidroperóxido liase de Cucumis melo foi relatado (Otte et al., 2013). (Z) Os ácidos -3-hexenal e 12-oxododec-9-enóico também podem ser produzidos a partir do ácido α-linolênico por um recombinante Saccharomyces cerevisiae expressando lipoxigenase de soja e hidroperóxido liase de melancia (Buchhaupt et al., 2012). Além disso, um processo em cascata de enzimas para acessar os odores de “nota verde” foi estabelecido com sucesso, no qual a 13-hidroperóxido liase projetada foi combinada como lisado celular bruto com uma cetoredutase comercial. A folha verde (Z) -3-hexenol foi produzido com pureza isomérica de 99% e altos títulos (8g / L) (Brühlmann e Bosijokovic, 2016).


Pontos chave

  • Alguns micróbios são capazes de utilizar ácidos orgânicos, como ácidos graxos, aminoácidos ou ácidos insaturados de cadeia linear (por exemplo, lactato) como única fonte de energia.
  • O metabolismo do formato de ácido orgânico é importante em organismos metilotróficos. É vital no catabolismo dos compostos C1 (como o metanol).
  • Muitas bactérias são capazes de utilizar ácidos graxos como fontes únicas de energia e carbono por meio da via de oxidação cíclica e beta, que acaba produzindo acetil-CoA.

Termos chave

  • ácido graxo: Qualquer um de uma classe de ácidos carboxílicos alifáticos, de fórmula geral CnH2n + 1COOH, que ocorrem combinados com glicerol como óleos e gorduras animais ou vegetais. Somente aqueles com um número par de átomos de carbono são normalmente encontrados nas gorduras naturais.
  • acila: Qualquer uma das classes de radicais orgânicos, RCO-, formado pela remoção de um grupo hidroxila de um ácido carboxílico.
  • acetil CoA: A acetil coenzima A ou acetil-CoA é uma molécula importante no metabolismo, usada em muitas reações bioquímicas. Sua principal função é transportar os átomos de carbono dentro do grupo acetil para o ciclo do ácido cítrico (ciclo de Krebs) para serem oxidados para a produção de energia.

Metabolismo de ácido orgânico

Muitos organismos geram ácidos orgânicos (como o lactato) como subproduto da fermentação. Alguns micróbios são capazes de utilizar esses compostos como única fonte de energia.

Os ácidos orgânicos mais comumente metabolizados são os ácidos carboxílicos, que são ácidos orgânicos contendo pelo menos um grupo carboxila (-COOH). A fórmula geral de um ácido carboxílico é R-COOH, onde R é um grupo funcional monovalente. Muitos tipos de ácidos carboxílicos podem ser metabolizados por micróbios, incluindo:

  • Ácidos graxos (ácidos carboxílicos com longas caudas de acila)
  • Aminoácidos (os blocos de construção das proteínas)
  • Ácidos saturados de cadeia direta (por exemplo, formato, acetato e palmitato)

FORMATE METABOLISM

O metabolismo do formato é importante em organismos metilotróficos. É vital no catabolismo de C1 compostos como o metanol (consulte o átomo & ldquoMetilotrofia e metanotrofia & rdquo para obter mais informações sobre C1 utilização de compostos). Micróbios metilotróficos convertem compostos de carbono único em formaldeído, que é oxidado em formato pela formaldeído desidrogenase. A degradação do formato é então catalisada pela formato desidrogenase (FDH), que oxida o formato para finalmente produzir CO2. Ele permite a doação de elétrons para um segundo substrato (como NAD +) no processo. Esta é uma etapa crítica final na via de utilização de hidrocarbonetos. A capacidade de metabolizar o formato também é crítica no metabolismo anaeróbio bacteriano, caso em que o formato também é oxidado por uma enzima FDH, mas os elétrons são doados aos citocromos (proteínas envolvidas no transporte de elétrons).

METABOLISMO DE ÁCIDOS GRAXOS

Muitas bactérias são capazes de utilizar ácidos graxos de vários comprimentos de cauda como únicas fontes de energia e carbono. Esse processo requer a via de oxidação beta, um processo cíclico que catalisa o encurtamento sequencial das cadeias de ácidos graxos até o produto final, acetil-CoA. O processo passo a passo ocorre da seguinte forma:

  1. As cadeias de ácidos graxos são convertidas em enoil-CoA (catalisado pela acil-CoA desidrogenase).
  2. Enoil-CoA é convertido em 3-hidroxiacil-CoA (catalisado pela enoil-CoA hidratase).
  3. 3-hidroxiacil-CoA é convertido em 3-cetoacil-CoA (catalisado pela 3-hidroxiacil-CoA desidrogenase).
  4. 3-cetoacil-CoA é tiolado (por 3-cetoacil-CoA tiolase) para produzir uma molécula de acetil-CoA e um derivado do ácido graxo de entrada original que agora é mais curto em dois carbonos.

A cadeia de ácido graxo que sobrou após a etapa de tiolação pode então reentrar na via de oxidação beta, que pode circular até que o ácido graxo seja completamente reduzido a acetil-CoA. Acertyl-CoA é a molécula de entrada para o ciclo do TCA. O ciclo TCA é o processo usado por todos os organismos aeróbicos para gerar energia.

Figura: e beta-oxidação de ácidos graxos: Os ácidos graxos livres são quebrados em acetil-CoA por enzimas dedicadas na via de oxidação beta.


Conteúdo

O conceito de ácido graxo (acide gras) foi introduzido em 1813 por Michel Eugène Chevreul, [3] [4] [5] embora ele inicialmente tenha usado alguns termos variantes: Graisse Ácido e acide huileux ("gordura ácida" e "ácido oleoso"). [6]

Os ácidos graxos são classificados de várias maneiras: por comprimento, por saturação x insaturação, por teor de carbono par x ímpar e por teor de carbono linear x ramificado.

Comprimento dos ácidos graxos Editar

    (SCFA) são ácidos graxos com caudas alifáticas de cinco ou menos carbonos (por exemplo, ácido butírico). [7] (MCFA) são ácidos graxos com caudas alifáticas de 6 a 12 [8] carbonos, que podem formar triglicerídeos de cadeia média. (LCFA) são ácidos graxos com caudas alifáticas de 13 a 21 carbonos. [9] (VLCFA) são ácidos graxos com caudas alifáticas de 22 ou mais carbonos.

Ácidos graxos saturados Editar

Os ácidos graxos saturados não têm ligações duplas C = C. Eles têm a mesma fórmula CH3(CH2)nCOOH, com variações em "n". Um importante ácido graxo saturado é o ácido esteárico (n = 16), que quando neutralizado com soda cáustica é a forma mais comum de sabão.

Exemplos de ácidos graxos saturados
Nome comum Estrutura química C:D [10]
Ácido caprílico CH3(CH2)6COOH 8:0
Ácido cáprico CH3(CH2)8COOH 10:0
Ácido 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 beénico CH3(CH2)20COOH 22:0
Ácido lignocérico CH3(CH2)22COOH 24:0
Ácido cerótico CH3(CH2)24COOH 26:0

Ácidos graxos insaturados Editar

Os ácidos graxos insaturados têm uma ou mais ligações duplas C = C. As ligações duplas C = C podem dar tanto cis ou trans isômeros.

cis UMA cis configuração significa que os dois átomos de hidrogênio adjacentes à ligação dupla se destacam no mesmo lado da cadeia. A rigidez da dupla ligação congela sua conformação e, no caso do cis isômero, faz com que a cadeia dobre e restringe a liberdade conformacional do ácido graxo. Quanto mais ligações duplas a cadeia tem no cis configuração, menos flexibilidade ele tem. Quando uma corrente tem muitos cis ligações, torna-se bastante curvado em suas conformações mais acessíveis. Por exemplo, o ácido oleico, com uma ligação dupla, tem uma "dobra", enquanto o ácido linoléico, com duas ligações duplas, tem uma dobra mais pronunciada. O ácido α-linolênico, com três ligações duplas, favorece o formato em gancho. O efeito disso é que, em ambientes restritos, como quando os ácidos graxos são parte de um fosfolipídeo em uma bicamada lipídica ou triglicerídeos em gotículas de lipídeos, as ligações cis limitam a capacidade dos ácidos graxos de serem compactados e, portanto, podem afetar a fusão temperatura da membrana ou da gordura. Os ácidos graxos insaturados cis, entretanto, aumentam a fluidez da membrana celular, enquanto os ácidos graxos insaturados trans não. trans UMA trans configuração, por outro lado, significa que os dois átomos de hidrogênio adjacentes estão oposto lados da corrente. Como resultado, eles não dobram muito a cadeia e seu formato é semelhante ao de ácidos graxos saturados retos.

Na maioria dos ácidos graxos insaturados de ocorrência natural, cada ligação dupla tem três (n-3), seis (n-6) ou nove (n-9) átomos de carbono após ela, e todas as ligações duplas têm uma configuração cis. A maioria dos ácidos graxos no trans configuração (gorduras trans) não são encontradas na natureza e são o resultado do processamento humano (por exemplo, hidrogenação). Alguns ácidos graxos trans também ocorrem naturalmente no leite e na carne de ruminantes (como bovinos e ovinos). Eles são produzidos, por fermentação, no rúmen desses animais. Eles também são encontrados em laticínios do leite de ruminantes e também podem ser encontrados no leite materno de mulheres que os obtiveram através de sua dieta.

As diferenças geométricas entre os vários tipos de ácidos graxos insaturados, bem como entre os ácidos graxos saturados e insaturados, desempenham um papel importante nos processos biológicos e na construção de estruturas biológicas (como as membranas celulares).

Exemplos de ácidos graxos insaturados
Nome comum Estrutura química Δ x [11] C:D [10] IUPAC [12] nx [13]
Ácido miristoléico CH3(CH2)3CH = CH(CH2)7COOH cis-Δ 9 14:1 14:1(9) n−5
Ácido palmitoléico CH3(CH2)5CH = CH(CH2)7COOH cis-Δ 9 16:1 16:1(9) n−7
Ácido sapiênico CH3(CH2)8CH = CH(CH2)4COOH cis-Δ 6 16:1 16:1(6) n−10
Ácido oleico CH3(CH2)7CH = CH(CH2)7COOH cis-Δ 9 18:1 18:1(9) n−9
Ácido elaídico CH3(CH2)7CH = CH(CH2)7COOH trans-Δ 9 18:1 n−9
Ácido vacênico CH3(CH2)5CH = CH(CH2)9COOH trans-Δ 11 18:1 n−7
Ácido linoleico CH3(CH2)4CH = CHCH2CH = CH(CH2)7COOH cis,cis-Δ 9, Δ 12 18:2 18:2(9,12) n−6
Ácido linoelaídico CH3(CH2)4CH = CHCH2CH = CH(CH2)7COOH trans,trans-Δ 9, Δ 12 18:2 n−6
ácido α-linolênico CH3CH2CH = CHCH2CH = CHCH2CH = CH(CH2)7COOH cis,cis,cis-Δ 9, Δ 12, Δ 15 18:3 18:3(9,12,15) n−3
Ácido araquidônico 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) n−6
Ácido eicosapentaenóico 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) n−3
Ácido erúcico CH3(CH2)7CH = CH(CH2)11COOH cis-Δ 13 22:1 22:1(13) n−9
Ácido docosahexaenóico 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) n−3

Ácidos graxos de cadeia par versus ímpar Editar

A maioria dos ácidos graxos são de cadeia uniforme, e. esteárico (C18) e oleico (C18), o que significa que são compostos por um número par de átomos de carbono. Alguns ácidos graxos têm números ímpares de átomos de carbono, eles são chamados de ácidos graxos de cadeia ímpar (OCFA). Os OCFA mais comuns são os derivados saturados C15 e C17, ácido pentadecanóico e ácido heptadecanóico, respectivamente, que são encontrados em produtos lácteos. [14] [15] Em um nível molecular, os OCFAs são biossintetizados e metabolizados de forma ligeiramente diferente dos parentes em cadeia uniforme.

Edição de numeração de átomos de carbono

A maioria dos ácidos graxos de ocorrência natural tem uma cadeia não ramificada de átomos de carbono, com um grupo carboxila (–COOH) em uma extremidade e um grupo metil (–CH3) na outra.

A posição dos átomos de carbono na espinha dorsal de um ácido graxo é geralmente indicada pela contagem de 1 na extremidade −COOH. Número de carbono x é frequentemente abreviado ou C-x (ou às vezes Cx), com x= 1, 2, 3, etc. Este é o esquema de numeração recomendado pela IUPAC.

Outra convenção usa letras do alfabeto grego em sequência, começando com o primeiro carbono depois de o carboxil. Assim, o carbono α (alfa) é C-2, o carbono β (beta) é C-3 e assim por diante.

Embora os ácidos graxos possam ter comprimentos diversos, nesta segunda convenção o último carbono da cadeia é sempre rotulado como ω (ômega), que é a última letra do alfabeto grego. Uma terceira convenção de numeração conta os carbonos dessa extremidade, usando os rótulos "ω", "ω − 1", "ω − 2". Alternativamente, o rótulo "ω−x"está escrito" n−x", em que o" n "representa o número de carbonos na cadeia. [16]

Em qualquer esquema de numeração, a posição de uma ligação dupla em uma cadeia de ácido graxo é sempre especificada, dando o rótulo do carbono mais próximo do carboxila fim. [16] Assim, em um ácido graxo de 18 carbonos, uma ligação dupla entre C-12 (ou ω − 6) e C-13 (ou ω − 5) é considerada "na" posição C-12 ou ω − 6 . A denominação IUPAC do ácido, como "ácido octadec-12-enóico" (ou a variante mais pronunciada "ácido 12-octadecanóico") é sempre baseada na numeração "C".

A notação Δ x,y. é tradicionalmente usado para especificar um ácido graxo com ligações duplas nas posições x,y. (A letra grega maiúscula "Δ" (delta) corresponde ao "D" romano, para Double bond). Assim, por exemplo, o ácido araquidônico com 20 carbonos é Δ 5,8,11,14, o que significa que ele tem ligações duplas entre os carbonos 5 e 6, 8 e 9, 11 e 12 e 14 e 15.

No contexto da dieta humana e do metabolismo da gordura, os ácidos graxos insaturados são frequentemente classificados pela posição da ligação dupla mais próxima do carbono ω (apenas), mesmo no caso de ligações duplas múltiplas, como os ácidos graxos essenciais. Assim, ácido linoléico (18 carbonos, Δ 9,12), γ-linolnácido ic (18 carbonos, Δ 6,9,12) e ácido araquidônico (20 carbonos, Δ 5,8,11,14) são todos classificados como ácidos graxos "ω − 6", o que significa que sua fórmula termina com - CH = CH– CH
2 - CH
2 - CH
2 - CH
2 - CH
3 .

Os ácidos graxos com um número ímpar de átomos de carbono são chamados de ácidos graxos de cadeia ímpar, enquanto o restante são ácidos graxos de cadeia par. A diferença é relevante para a gliconeogênese.

Nomenclatura de ácidos graxos Editar

A tabela a seguir descreve os sistemas mais comuns de nomeação de ácidos graxos.

Nomenclatura Exemplos Explicação
Trivial Ácido palmitoléico Nomes triviais (ou nomes comuns) são nomes históricos não sistemáticos, que são o sistema de nomenclatura mais utilizado na literatura. Os ácidos graxos mais comuns têm nomes triviais, além de seus nomes sistemáticos (Veja abaixo). Esses nomes freqüentemente não seguem nenhum padrão, mas são concisos e freqüentemente inequívocos.
Sistemático ácido cis-9-octadec-9-enóico
(9Zácido) -octadec-9-enóico
Nomes sistemáticos (ou Nomes IUPAC) derivam do padrão Regras da IUPAC para a nomenclatura de química orgânica, publicado em 1979, [17] junto com uma recomendação publicada especificamente para lipídios em 1977. [18] A numeração dos átomos de carbono começa na extremidade carboxílica da estrutura da molécula. As ligações duplas são marcadas com cis-/trans- notação ou E-/Z- notação, quando apropriado. Essa notação é geralmente mais detalhada do que a nomenclatura comum, mas tem a vantagem de ser mais clara e descritiva do ponto de vista técnico.
Δ x cis-Δ 9, cis-Δ 12 ácido octadecadienóico No Δ x (ou delta-x) nomenclatura, cada ligação dupla é indicada por Δ x , onde a dupla ligação começa no xa ligação carbono-carbono, contando a partir da extremidade carboxílica da estrutura da molécula. Cada ligação dupla é precedida por um cis- ou trans- prefixo, indicando a configuração da molécula em torno da ligação. Por exemplo, o ácido linoléico é designado "cis-Δ 9, cis-Acido octadecadienóico Δ ​​12 ". Esta nomenclatura tem a vantagem de ser menos prolixa do que a nomenclatura sistemática, mas não é mais tecnicamente clara ou descritiva. [ citação necessária ]
nx
(ou ω−x)
n−3
(ou ω − 3)
nx (n menos x tb ω−x ou ómega-x) nomenclatura ambos fornecem nomes para compostos individuais e os classificam por suas prováveis ​​propriedades biossintéticas em animais. Uma dupla ligação está localizada no x a ligação carbono-carbono, contando a partir da extremidade metil da estrutura da molécula. Por exemplo, o ácido α-linolênico é classificado como um n−3 ou ácido graxo ômega-3 e, portanto, é provável que compartilhe uma via biossintética com outros compostos desse tipo. O ω−x, omega-x, ou notação "ômega" é comum na literatura nutricional popular, mas a IUPAC a desaprovou em favor de nx notação em documentos técnicos. [17] As vias biossintéticas de ácidos graxos mais comumente pesquisadas são n-3 e n−6.
Números lipídicos 18:3
18: 3n3
18:3, cis,cis,cis-Δ 9, Δ 12, Δ 15
18:3(9,12,15)
Números lipídicos pegue o formulário C:D, [10] onde C é o número de átomos de carbono no ácido graxo e D é o número de ligações duplas no ácido graxo. Se D for mais de um, as ligações duplas são consideradas interrompidas por CH
2 unidades, ou seja,, em intervalos de 3 átomos de carbono ao longo da cadeia. Por exemplo, o ácido α-linolênico é um ácido graxo 18: 3 e suas três ligações duplas estão localizadas nas posições Δ 9, Δ 12 e Δ 15. Essa notação pode ser ambígua, já que alguns ácidos graxos diferentes podem ter o mesmo C:D números. Consequentemente, quando existe ambigüidade, esta notação é geralmente emparelhada com um Δ x ou nx prazo. [17] Por exemplo, embora o ácido α-linolênico e o ácido γ-linolênico sejam ambos 18: 3, eles podem ser inequivocamente descritos como ácidos graxos 18: 3n3 e 18: 3n6, respectivamente. Para o mesmo propósito, a IUPAC recomenda o uso de uma lista de posições de ligação dupla entre parênteses, anexada à notação C: D. [12] Por exemplo, as notações recomendadas pela IUPAC para o ácido α e γ-linolênico são 18: 3 (9,12,15) e 18: 3 (6,9,12), respectivamente.

Ácidos graxos livres Editar

Quando circulam no plasma (ácidos graxos plasmáticos), não em seu éster, os ácidos graxos são conhecidos como ácidos graxos não esterificados (NEFAs) ou ácidos graxos livres (FFAs). Os FFAs estão sempre ligados a uma proteína de transporte, como a albumina. [19]

Edição Industrial

Os ácidos graxos são geralmente produzidos industrialmente pela hidrólise dos triglicerídeos, com a remoção do glicerol (ver oleoquímicos). Os fosfolipídios representam outra fonte. Alguns ácidos graxos são produzidos sinteticamente por hidrocarboxilação de alquenos. [20]

Ácidos graxos hiperoxigenados Editar

Os ácidos graxos hiperoxigenados são produzidos por processos industriais específicos para cremes tópicos para a pele. O processo é baseado na introdução ou saturação de peróxidos em ésteres de ácidos graxos por meio da presença de luz ultravioleta e oxigênio gasoso borbulhando sob temperaturas controladas. Especificamente, os ácidos linolênicos têm demonstrado desempenhar um papel importante na manutenção da função de barreira à umidade da pele (evitando a perda de água e a desidratação da pele). [21] Um estudo na Espanha relatado no Journal of Wound Care em março de 2005 comparou um produto comercial com um placebo gorduroso e esse produto específico foi mais eficaz e também mais econômico. [22] Uma variedade de produtos médicos OTC está amplamente disponível. No entanto, o azeite de oliva aplicado topicamente não foi considerado inferior em um ensaio de "não inferioridade randomizado e triplo-cego controlado" realizado na Espanha durante 2015. [23] [24] Os produtos comerciais são provavelmente menos complicados de manusear e mais laváveis do que o azeite ou a vaselina, ambos os quais, se aplicados topicamente, podem manchar roupas e lençóis.

Por animais Editar

Em animais, os ácidos graxos são formados a partir de carboidratos, predominantemente no fígado, tecido adiposo e nas glândulas mamárias durante a lactação. [25]

Os carboidratos são convertidos em piruvato pela glicólise como a primeira etapa importante na conversão de carboidratos em ácidos graxos. [25] O piruvato é então descarboxilado para formar acetil-CoA na mitocôndria. No entanto, esse acetil CoA precisa ser transportado para o citosol, onde ocorre a síntese de ácidos graxos. Isso não pode ocorrer diretamente. Para obter acetil-CoA citosólico, o citrato (produzido pela condensação de acetil-CoA com oxaloacetato) é removido do ciclo do ácido cítrico e transportado através da membrana mitocondrial interna para o citosol. [25] Lá, ele é clivado pelo ATP citrato liase em acetil-CoA e oxaloacetato. O oxaloacetato é devolvido à mitocôndria como malato. [26] A acetil-CoA citosólica é carboxilada pela acetil CoA carboxilase em malonil-CoA, a primeira etapa comprometida na síntese de ácidos graxos. [26] [27]

O Malonil-CoA está então envolvido em uma série de reações repetidas que alongam a cadeia crescente de ácidos graxos em dois carbonos de cada vez. Quase todos os ácidos graxos naturais, portanto, têm números pares de átomos de carbono. Quando a síntese está completa, os ácidos graxos livres são quase sempre combinados com glicerol (três ácidos graxos para uma molécula de glicerol) para formar triglicerídeos, a principal forma de armazenamento de ácidos graxos e, portanto, de energia em animais. No entanto, os ácidos graxos também são componentes importantes dos fosfolipídios que formam as bicamadas de fosfolipídios a partir das quais todas as membranas da célula são construídas (a parede celular e as membranas que envolvem todas as organelas dentro das células, como o núcleo, o mitocôndria, retículo endoplasmático e o aparelho de Golgi). [25]

Os "ácidos graxos não combinados" ou "ácidos graxos livres" encontrados na circulação dos animais vêm da quebra (ou lipólise) dos triglicerídeos armazenados. [25] [28] Por serem insolúveis em água, esses ácidos graxos são transportados ligados à albumina plasmática. Os níveis de "ácidos graxos livres" no sangue são limitados pela disponibilidade de locais de ligação à albumina. Eles podem ser retirados do sangue por todas as células que possuem mitocôndrias (com exceção das células do sistema nervoso central). Os ácidos graxos só podem ser decompostos na mitocôndria, por meio de beta-oxidação seguida de combustão adicional no ciclo do ácido cítrico para CO2 e água. As células do sistema nervoso central, embora possuam mitocôndrias, não podem retirar os ácidos graxos livres do sangue, pois a barreira hematoencefálica é impermeável à maioria dos ácidos graxos livres, [ citação necessária ] excluindo ácidos graxos de cadeia curta e ácidos graxos de cadeia média. [29] [30] Essas células precisam fabricar seus próprios ácidos graxos a partir de carboidratos, conforme descrito acima, para produzir e manter os fosfolipídios de suas membranas celulares e de suas organelas. [25]

Variação entre espécies animais Editar

Estudos nas membranas celulares de mamíferos e répteis descobriram que as membranas celulares dos mamíferos são compostas por uma proporção maior de ácidos graxos poliinsaturados (DHA, ácido graxo ômega-3) do que os répteis. [31] Estudos sobre a composição de ácidos graxos de aves observaram proporções semelhantes às de mamíferos, mas com 1/3 a menos de ácidos graxos ômega-3 em comparação com ômega-6 para um determinado tamanho corporal. [32] Esta composição de ácido graxo resulta em uma membrana celular mais fluida, mas também uma que é permeável a vários íons (H +
& amp Na +
), resultando em membranas celulares cuja manutenção é mais cara. Esse custo de manutenção foi apontado como uma das principais causas das altas taxas metabólicas e concomitante sangue quente de mamíferos e pássaros. [31] No entanto, a poliinsaturação das membranas celulares também pode ocorrer em resposta a temperaturas frias crônicas. Em peixes, ambientes cada vez mais frios levam a um conteúdo cada vez mais alto da membrana celular de ácidos graxos monoinsaturados e poliinsaturados, para manter uma maior fluidez (e funcionalidade) da membrana em temperaturas mais baixas. [33] [34]

A tabela a seguir fornece a composição de ácidos graxos, vitamina E e colesterol de algumas gorduras comuns na dieta. [35] [36]

Saturado Monosaturado Poliinsaturado Colesterol Vitamina E
g / 100g g / 100g g / 100g mg / 100g mg / 100g
Gorduras animais
Gordura de pato [37] 33.2 49.3 12.9 100 2.70
Banha [37] 40.8 43.8 9.6 93 0.60
Sebo [37] 49.8 41.8 4.0 109 2.70
Manteiga 54.0 19.8 2.6 230 2.00
Gorduras vegetais
Óleo de côco 85.2 6.6 1.7 0 .66
Manteiga de cacau 60.0 32.9 3.0 0 1.8
óleo de palmiste 81.5 11.4 1.6 0 3.80
azeite de dendê 45.3 41.6 8.3 0 33.12
Óleo de semente de algodão 25.5 21.3 48.1 0 42.77
Óleo de gérmen de trigo 18.8 15.9 60.7 0 136.65
Óleo de soja 14.5 23.2 56.5 0 16.29
Azeite 14.0 69.7 11.2 0 5.10
Óleo de milho 12.7 24.7 57.8 0 17.24
Óleo de girassol 11.9 20.2 63.0 0 49.00
Óleo de cártamo 10.2 12.6 72.1 0 40.68
Óleo de cânhamo 10 15 75 0 12.34
Óleo de canola / colza 5.3 64.3 24.8 0 22.21

Os ácidos graxos exibem reações como outros ácidos carboxílicos, ou seja, eles sofrem esterificação e reações ácido-base.

Edição de acidez

Os ácidos graxos não apresentam grande variação em sua acidez, conforme indicado por seus respectivos pKuma. O ácido nonanoico, por exemplo, tem um pKuma de 4,96, sendo apenas ligeiramente mais fraco do que o ácido acético (4,76). À medida que o comprimento da cadeia aumenta, a solubilidade dos ácidos graxos em água diminui, de modo que os ácidos graxos de cadeia mais longa têm efeito mínimo sobre o pH de uma solução aquosa. Com pH próximo ao neutro, os ácidos graxos existem em suas bases conjugadas, isto é, oleato, etc.

Soluções de ácidos graxos em etanol podem ser tituladas com solução de hidróxido de sódio usando fenolftaleína como indicador. Esta análise é usada para determinar o teor de ácidos graxos livres das gorduras, ou seja, a proporção dos triglicerídeos que foram hidrolisados.

A neutralização de ácidos graxos, uma forma de saponificação (fabricação de sabão), é uma rota amplamente praticada para os sabões metálicos. [38]

Hidrogenação e endurecimento Editar

A hidrogenação de ácidos graxos insaturados é amplamente praticada. As condições típicas envolvem 2,0–3,0 MPa de H2 pressão, 150 ° C e níquel suportado em sílica como catalisador. Este tratamento fornece ácidos graxos saturados. A extensão da hidrogenação é indicada pelo número de iodo. Os ácidos graxos hidrogenados são menos propensos à rancidificação. Uma vez que os ácidos graxos saturados derretem mais do que os precursores insaturados, o processo é chamado de endurecimento. A tecnologia relacionada é usada para converter óleos vegetais em margarina. A hidrogenação de triglicerídeos (vs ácidos graxos) é vantajosa porque os ácidos carboxílicos degradam os catalisadores de níquel, proporcionando sabões de níquel. Durante a hidrogenação parcial, os ácidos graxos insaturados podem ser isomerizados a partir de cis para trans configuração. [39]

Mais hidrogenação forçada, ou seja, usando pressões mais altas de H2 e temperaturas mais altas, converte ácidos graxos em álcoois graxos. Os álcoois graxos são, no entanto, mais facilmente produzidos a partir de ésteres de ácidos graxos.

Na reação de Varrentrapp, certos ácidos graxos insaturados são clivados em álcali fundido, uma reação que foi, em um ponto do tempo, relevante para a elucidação da estrutura.

Auto-oxidação e ranço Editar

Os ácidos graxos insaturados sofrem uma alteração química conhecida como auto-oxidação. O processo requer oxigênio (ar) e é acelerado pela presença de vestígios de metais. Os óleos vegetais resistem a esse processo em um grau pequeno porque contêm antioxidantes, como o tocoferol. Gorduras e óleos geralmente são tratados com agentes quelantes, como ácido cítrico, para remover os catalisadores de metal.

Ozonólise Editar

Os ácidos graxos insaturados são suscetíveis à degradação pelo ozônio. Esta reação é praticada na produção de ácido azelaico ((CH2)7(CO2H)2) a partir do ácido oleico. [39]

Edição de digestão e ingestão

Os ácidos graxos de cadeia curta e média são absorvidos diretamente no sangue por meio dos capilares do intestino e viajam pela veia porta da mesma forma que outros nutrientes absorvidos. No entanto, os ácidos graxos de cadeia longa não são liberados diretamente nos capilares intestinais. Em vez disso, eles são absorvidos pelas paredes gordurosas das vilosidades do intestino e se reagrupam em triglicerídeos. Os triglicerídeos são revestidos com colesterol e proteína (revestimento de proteína) em um composto chamado quilomicron.

De dentro da célula, o quilomicron é liberado em um capilar linfático chamado lácteo, que se funde em vasos linfáticos maiores. É transportado pelo sistema linfático e pelo ducto torácico até um local próximo ao coração (onde as artérias e veias são maiores). O ducto torácico esvazia os quilomícrons na corrente sanguínea pela veia subclávia esquerda. Nesse ponto, os quilomícrons podem transportar os triglicerídeos para os tecidos onde são armazenados ou metabolizados para obter energia.

Edição de metabolismo

Quando metabolizados, os ácidos graxos produzem grandes quantidades de ATP. Muitos tipos de células podem usar glicose ou ácidos graxos para essa finalidade. Os ácidos graxos (fornecidos pela ingestão ou pela absorção dos triglicerídeos armazenados nos tecidos gordurosos) são distribuídos às células para servir como combustível para a contração muscular e o metabolismo geral. Eles são divididos em CO2 e a água pelas mitocôndrias intracelulares, liberando grande quantidade de energia, capturada na forma de ATP por meio da oxidação beta e do ciclo do ácido cítrico.

Ácidos graxos essenciais Editar

Os ácidos graxos que são necessários para uma boa saúde, mas não podem ser produzidos em quantidade suficiente a partir de outros substratos e, portanto, devem ser obtidos a partir dos alimentos, são chamados de ácidos graxos essenciais. Existem duas séries de ácidos graxos essenciais: um tem uma ligação dupla a três átomos de carbono da extremidade metila e o outro tem uma ligação dupla a seis átomos de carbono da extremidade metil. Os humanos não têm a capacidade de introduzir ligações duplas nos ácidos graxos além dos carbonos 9 e 10, contados a partir do lado do ácido carboxílico. [40] Dois ácidos graxos essenciais são o ácido linoléico (LA) e o ácido alfa-linolênico (ALA). Esses ácidos graxos são amplamente distribuídos em óleos vegetais. O corpo humano tem uma capacidade limitada de converter ALA nos ácidos graxos ômega-3 de cadeia mais longa - ácido eicosapentaenóico (EPA) e ácido docosahexaenóico (DHA), que também podem ser obtidos de peixes. Os ácidos graxos ômega-3 e ômega-6 são precursores biossintéticos dos endocanabinóides com propriedades antinociceptivas, ansiolíticas e neurogênicas. [41]

Edição de Distribuição

Os ácidos graxos do sangue adotam formas distintas em diferentes estágios da circulação sanguínea. Eles são absorvidos através do intestino em quilomícrons, mas também existem em lipoproteínas de densidade muito baixa (VLDL) e lipoproteínas de baixa densidade (LDL) após o processamento no fígado. Além disso, quando liberados dos adipócitos, os ácidos graxos existem no sangue como ácidos graxos livres.

Propõe-se que a mistura de ácidos graxos exsudados pela pele dos mamíferos, juntamente com o ácido lático e o ácido pirúvico, seja distinta e permita que animais com olfato apurado diferenciem os indivíduos. [42]

A análise química de ácidos graxos em lipídios normalmente começa com uma etapa de interesterificação que decompõe seus ésteres originais (triglicerídeos, ceras, fosfolipídios, etc.) e os converte em ésteres metílicos, que são então separados por cromatografia gasosa. [43] ou analisado por cromatografia gasosa e espectroscopia de infravermelho médio.

A separação de isômeros insaturados é possível por cromatografia em camada fina de íon prata (argentação). [44] [45] Outras técnicas de separação incluem cromatografia líquida de alto desempenho (com colunas curtas cheias de sílica gel com grupos de ácido fenilsulfônico ligados cujos átomos de hidrogênio foram trocados por íons de prata). O papel da prata está em sua capacidade de formar complexos com compostos insaturados.

Os ácidos graxos são utilizados principalmente na produção de sabões, tanto para fins cosméticos quanto, no caso dos sabões metálicos, como lubrificantes. 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 + Peu).

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 e 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

Fundo: 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%.

Conclusões: 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.

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


Reconhecimentos

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 e b -hydroxybutyrate (também conhecido como corpos cetônicos) 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.

Figuras

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…


Assista o vídeo: Equus Fliehende Pferde kompletter film (Agosto 2022).