Bêta-oxydation

La bêta-oxydation est la principale voie de dégradation des acides gras. Dans le cas des cellules eucaryotes, elle se déroule dans les mitochondries en aérobiose (sauf la première étape qui a lieu dans le cytoplasme), mais aussi dans d'autres organites que sont les peroxysomes.

Étapes de la bêta-oxydation

Nous verrons le cas des acides gras saturés à nombre pair de carbone, dégradés dans la mitochondrie.

Activation de l'acide gras

La β-oxydation d’un acide gras débute avec la formation d’une liaison thioester entre le carboxyle de l’acide gras et le groupe thiol du coenzyme A. Cette réaction est catalysée par l’acyl-CoA synthétase ou acyl thiokinase. La réaction peut se dérouler dans la [mitochondrie]]. Ce sera le cas pour des acides gras à chaines courtes, capables de diffuser à travers la membrane de cet organite. Pour les molécules à longues chaines, la réaction se déroule sur le feuillet cytoplasmique de la membrane mitochondriale. La réaction s’accompagne de l’hydrolyse d’une molécule d’ATP en AMP et pyrophosphate. Cette réaction est aisément réversible. Comme nous l’avons déjà vu, le pyrophosphate est hydrolysé de façon telle que sa concentration cytosolique est faible. Ceci contribue à orienter la réaction d’activation dans le sens de la formation de l’acyl-CoA. Le mécanisme de la réaction implique le passage par un intermédiaire acyladénylate.

Pénétration de l'acylCoA dans la mitochondrie

Cette étape concerne les acylCoA à longue chaîne (12 à 18 carbones), les acylCoA pénètrent assez facilement. Il s'agit d'un système de navette moléculaire. L'acide gras pénètre sous forme d'acylcarnitine.

Déshydrogénation de l'acylCoA

La déshydrogénation, en présence de FAD, catalysée par une oxydo-réductase (acylCoA déshydrogénase), a lieu entre les carbones β et α (carbones 2 et 3 dans la nomenclature officielle). Il y a formation d'α-β-déshydroacylCoA en C_n.

Le FAD réduit sera réoxydé par la chaîne respiratoire avec formation d'énergie sous forme d'ATP.

Hydratation de la double liaison

Cette réaction d'addition est catalysée par une crotonase (aussi appelée Enoyl-CoA hydratase) (groupe des lyases) et conduit au β-hydroxyacylCoA en C_n.

Du fait de la proximité du groupement cétone, la double liaison est polarisée (le carbone β est δ+, le carbone α est δ-) : le groupement OH de l'eau se lie au carbone β et forme un β-hydroxyacylCoA en C_n.

La crotonase est une énoyl-CoA hydratase spécifique des déhydroacyl-CoA à chaîne courte, une autre énoyl-CoA hydratase est spécifique des déhydroacyl-CoA à chaîne longue. Cette réaction est réversible et stéréospécifique.

Déshydrogénation du β-hydroxyacylCoA

Cette réaction, catalysée par une oxydoréductase (β-hydroxyacylCoA déshydrogénase) en présence de NAD conduit au βcétoacylCoA en C_n.

Le NAD réduit sera réoxydé par la chaîne respiratoire avec formation d'énergie sous forme d'ATP.

Coupure de la chaîne carbonée (Thiolyse)

Cette réaction, catalysée par une transférase (β-cétothiolase), en présence d'HSCoA conduit à la formation d' :

• Acétylcoenzyme A qui subit le cycle de Krebs ;
• D'acylCoA à C_n-2 pouvant à nouveau subir la β-oxydation (sauf les deux premières réactions).

La dégradation complète de l'acide gras se produit jusqu'à ce que la chaîne carbonée soit complètement découpée en molécules d'acétylcoenzymes A : c'est l'hélice de Lynen. Cette dégradation intervient par oxydations sur les carbones β (étapes Hydratation et Coupure) d'où est tiré le terme "β-Oxydation".

Bilan de la bêta oxydation

Pour un acide gras en C_n :

• ${n \over 2}-1$ tours de spires d'hélice de Lynen ;
• ${n \over 2}-1$ NADH,H⁺ ;
• ${n \over 2}-1$ FADH₂ ;
• ${n \over 2}$ AcétylCoA ;
• 1 AMP ;
• 2 P_i ;
• - 1 ATP (activation de l'acide gras).

Pour l'acide hexanoïque ($H_{3}C-(CH_{2})_{4}-COOH$) :

• 2 NADH,H⁺ ;
• 2 FADH₂ ;
• 3 AcétylCoA ;
• 1 AMP ;
• 2 P_i ;
• - 1 ATP (activation de l'acide gras).

Soit 45 ATP. Le catabolisme du glucose (en C₆ aussi) génère 38 ATP.

À nombre égal de carbones, un acide gras est plus énergétique qu'un ose.

La bêta-oxydation engendre beaucoup d'acétylCoA. Le cycle de Krebs peut être débordé en présence de beaucoup d'acétylCoA qui est utilisé pour la synthèse de composés cétoniques en particulier de l'acétone. Voir Cétoacidose diabétique.

Voir aussi

• Cycle de Krebs ;
• Métabolisme.