L’acide butyrique C₄H₈O₂ est une petite molécule organique composée d’une chaîne de 3 carbones (CH₃–CH₂–CH₂–) liés à une fonction carboxylique –COOH. Son nom officiel est acide butanoïque et il appartient à la famille des acides gras, qui jouent un rôle essentiel dans le métabolisme des lipides chez toutes les formes vivantes. L’acide butyrique, dont l’odeur est très désagréable, est présent dans des huiles végétales, il est produit dans le beurre lorsqu’il rancit, et on le trouve dans certains fromages, et parfois dans la transpiration.

La b-oxydation est la voie prépondérante de dégradation des acides gras pour les transformer en acétyl-coenzyme A (acétyl-CoA), une biomolécule impliquée dans de très nombreuses réactions biochimiques primordiales (dont, principalement, dans le cycle de Krebs). La transformation des acides gras a lieu dans les mitochondries, ces organelles qui sont les véritables "centrales énergétiques" de la cellule.

En règle générale, les acides gras de grand poids moléculaire doivent subir une pré-transformation avant de pouvoir passer la membrane de la mitochondrie pour y être métabolisés. Cette étape n’est pas nécessaire pour l’acide butyrique de petit poids moléculaire, qui peut alors diffuser aisément au-travers de la membrane mitochondriale.

Au sein de la mitochondrie, la métabolisation des acides gras, y compris celle de l’acide butyrique, passe par une première étape de transformation enzymatique en acyl-coenzyme A (acyl-CoA, à ne pas confondre avec l’acétyl-CoA) ; cette transformation remplace, grâce à l’action d’une enzyme appelée acyl-coenzyme A synthétase (acyl-CoA synthétase), le groupement –OH présent sur l’acide carboxylique –COOH en un groupement complexe –S–CoA. Pour l’acide butyrique, le produit de cette première transformation est le CH₃–CH₂–CH₂–CO–S–CoA.

C’est alors que les mécanismes conduisant à la production d’acétyl-CoA diffèrent, selon que l’acide gras considéré est saturé ou insaturé, et selon qu’il contient un nombre pair ou impair d’atomes de carbone dans sa chaîne latérale. Dans le cas de l’acide butyrique, la métabolisation passe par 4 étapes, que l’on résume ici:

• 1) Les 2 carbones voisins du groupement C=O (celui qui est lié au groupement –S–CoA) sont tout d’abord déshydrogénés pour former une double liaison. La chaîne CH₃–CH–CH– est transformée en CH–CH=CH–. Cette déshydrogénation, qui correspond à une réduction des atomes de carbone, implique un co-facteur (le FAD, flavine-adénine dinucléotide) et une enzyme (l’acyl-CoA déshydrogénase). Le résultat de la déshydrogénation est la molécule CH–CH=CH–CO–S–CoA.

• 2) Sur la double liaison C=C formée à l’étape 1 a lieu une hydratation, c’est-à-dire l’addition d’un groupement –OH (groupement alcool) sur le carbone le plus éloigné du groupement CO–S–CoA. La chaîne CH₃–CH=CH– est alors transformée en CH₃–CHOH–CH₂–. La réaction est catalysée par une enzyme (énoyl-CoA hydratase). Le résultat de l’hydratation est la molécule CH₃–CHOH–CH₂–CO–S–CoA.

• 3) Le groupement alcool C–OH formé à l’étape précédente peut alors être oxydé en un groupement cétone C=O sous l’action d’un coenzyme (NAD⁺; nicotinamide adénine dinucléotise). La molécule qui en résulte est le CH₃–CO–CH₂–CO–S–CoA.

• 4) Et finalement, l’action d’une enzyme b-cétothiolase (acétyl-CoA- C-acyltransférase) sur la molécule précédente permet de scinder cette dernière dans un processus appelé thiolyse. Il en résulte les deux molécules acétyl-CoA attendues depuis le début, c’est-à-dire CH₃–CO–S–CoA (provenant de la partie gauche de la molécule CH₃–CO–CH₂–CO–S–CoA précédente, sur laquelle l’enzyme b-cétothiolase a agi) et CH₃–CO–S–CoA (molécule exactement identique, mais provenant de la partie droite de la molécule CH₃–CO–CH₂–CO–S–CoA précédente).

Il va sans dire que ces réactions complexes ont une stéréospécificité particulière, qu’il est difficile de décrire ici sans avoir recours au dessin en 3D des molécules impliquées et produites. De même, seuls les acteurs principaux des réactions ont été indiqués ci-dessus pour ne pas compliquer plus la compréhension; cependant, il faut être conscient que cette cascade de réactions biochimiques produit quantité d’autres biomolécules qui sont également impliquées dans d’autres cycles métaboliques.