Ti sei mai chiesto per quale motivo il nostro organismo accumula grasso, e come esso venga perso in seguito a regimi calorici restrittivi? Bene, i depositi di grasso nel nostro organismo, hanno una funzione strutturale e di protezione e sono metabolicamente attivi, ma ricoprocono un ruolo fondamentale come riserva energetica. Difatti, dai depositi di grasso può essere liberata, in caso di necessità, un grande quantità di energia che verrà utilizzata per compiere le normali funzioni del nostro organismo. Nel dettaglio, il catabolismo (distruzione a scopo di ricavare energia) avviene tramite un processo denominato beta-ossidazione, che comprende diversi step, come visto per altre vie metaboliche come la glicolisi.

Che cosa si intende per beta-ossidazione?

Le fonti lipidiche di partenza per la beta ossidazione possono essere:

• Lipidi derivanti dalla digestione degli alimenti
• I lipidi depositati sottoforma di cellule adipose nel nostro organismo
• Lipidi sintetizzati da organi specifici nel nostro organismo

In situazioni specifiche di elevata richiesta energetica (esempio: deficit calorico o esercizio aerobico a bassa intensità e di lunga durata), gli acidi grassi vengono trasportati al mitocondrio, per andare in contro alla beta-ossidazione. La beta ossidazione avviene pressochè in tutte le cellule del nostro organismo, tolte alcune eccezioni come il cervello e i globuli rossi.

Infatti, gli acidi grassi non possono passare la barriera emato-encefalica e, non potendo penetrare il parenchima cerebrale, non rappresentano un substrato utilizzabile dal cervello a scopo energetico. Discorso diverso per i globuli rossi, che sono sprovvisti di mitocondri e per tanto non possono svolgere la beta ossidazione.

La beta-ossidazione non genera direttamente ATP ma libera acetil-coenzima-A, FADH₂ e NADH + H⁺, la cui successiva ossidazione nei mitocrondri viene accompagnata alla produzione di ATP.

Caratteristiche principali della beta-ossidazione

La beta-ossidazione è caratterizzata da alcuni aspetti principali:

• È intramitocondriale.
• Avviene tramite reazioni cicliche indipendenti.
• Gli intermedi all'interno del ciclo sono permanentemente legati al coenzima A.
• Porta alla liberazione di frammenti carboniosi di acetil-coenzima-A.
• Viene accompagnata da una riduzione consistente dei coenzimi FAD e NAD.

Le diverse fasi della beta-ossidazione

La beta-ossidazione può essere suddivisa in due fasi principali, una prima fase di attivazione degli acidi grassi e trasporto che avviene all'esterno del mitocondrio, ed una seconda fase che avviene all'interno del mitocondrio costituita da una serie ciclica di reazioni.

Attivazione degli acidi grassi ad acil-coenzima-A

In una reazione costituita da due tappe, gli acidi grassi assorbiti dalle cellule vengono attivati ad acil-coenzima-A, consumando una molecola di ATP.

Figura 1. Fase di attivazione degli acidi grassi ad acil-coenzima-A.

Tuttavia, l'acil-coenzima-A non può attraversare la membrana mitocondriale interna. Pertanto, saranno necessari alcuni step aggiuntivi per far si che gli acidi grassi possano finalmente entrare nel mitocondrio e completare la beta-ossidazione.

Trasporto all'interno del mitocondrio

Per poter attraversare la membrana mitocondriale interna, l'acido grasso viene trasferito dal coenzima-A su una molecola trasportatrice, la carnitina, grazie all'azione catalizzatrice dell'enzima carnitina aciltransferasi. A questo punto, l'acilcarnitina può passare attraverso la membrana interna e trasferendo di nuovo l'acido grasso su una molecola di coenzima-A una volta all'interno del mitocondrio. Questa seconda reazione viene catalizzata dall'enzima carnitina aciltrasferasi II.

Figura 2. Fasi di trasporto all'interno del mitocondrio.

Fase di reazioni cicliche

Una volta all'interno del mitocondrio, l'acil-coenzima-A va in contro ad una serie ciclica di 4 reazioni, portando al distacco di tanti frammenti carboniosi sotto forma di molecole di Acetil-coenzima-A.

Le 4 reazioni cicliche della beta-ossidazione sono:

1. Deidrogenazione FAD-dipendente.
2. Idratazione dell'intermedio insaturo derivante dal primo step.
3. Deidrogenazione NAD⁺-dipendente a carico dell'idrossil-coenzima-A prodotto nella reazione precedente.
4. Scissione della molecola del beta-chetoacido formato precedentemente, grazie all'intervento di una molecola di Coenzima-A.

Al termine di ogni ciclo di reazioni vengono prodotti:

• Una molecola di acetil-coenzima-A.
• Una molecola di NADH + H⁺.
• Una molecola di FADH₂.
• Una molecola di acido grasso con due atomi di carbonio in meno rispetto alla molecola di partenza.

La molecola di acido grasso uscita dal primo ciclo di reazioni, entrerà nel ciclo successivo, portando al distacco di una nuova molecola di acetil-coenzima-A, coenzimi ridotti e con la produzione di un acido grasso accorciato di nuovo di due atomi di carbonio.

Questo ciclo di reazioni si completa più volte fino alla demolizione totale dell'acido grasso di partenza.

Beta-ossidazione negli acidi grassi a numero dispari di atomi di carbonio

In particolare nel mondo vegetale, esistono acidi grassi a numero dispari di atomi di carbonio. Questi acidi grassi subiscono gli stessi step descritti in precedenza durante la beta-ossidazione, tuttavia nell'ultimo step verranno liberate una molecola di acetil-coenzima-A ed una di propionil-coenzima-A, e non due moleocle di acetil-coenzima-A, come negli acidi grassi a numero pari di atomi di carbonio.

Il percorso dell'acetil-coenzima-A prodotto durante la beta-ossidazione

L'acetil-coenzima-A derivante dalla demolizione degli acidi grassi, nel percorso della beta-ossidazione, entrerà a far parte del pool mitocondriale di questa molecola. Difatti, anche l'ossidazione dell'acido piruvico prodotto dalla glicolisi contribuisce a rifornire il pool di acetil-coenzima-A.

L'acetil-coenzima-A diventa a questo punto il substrato per gli step metabolici successivi (Ciclo di Krebs), mentre i coenzimi ridotti cedranno i loro elettroni nella catena respiratoria (fosforilazione ossidativa) per poi essere riutilizzati nella loro forma ossidata.

La beta-ossidazione è regolata dalla disponibilità di acidi grassi a livello mitocrondriale e dalla disponibilità di coenzimi ossidati.