Profª Eleonora Slide de aula. Biossíntese de Ácidos Graxos

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Bioss

(2)

Principais Aspectos da Biossíntese

_{A síntese ocorre no citoplasma, enquanto a oxidação ocorre na matriz mitocondrial. O}

transporte dos grupos acetil através da membrana mitocondrial interna é realizado pelo ácido cítrico, capaz de atravessar a membrana e liberar acetil-CoA no citoplasma:

) (mitocôndria

acetil-C oA + oxaloacetato citrato-sintase

H S-CoA H2O citrato ) (citoplasma H S-CoA ADP + P i ATP acetil-C oA + oxaloacetato citrato citrato-liase

Biossíntese de Ácidos Graxos

A oxidação dos ácidos graxos ocorre pela remoção sucessiva de grupos acetil na forma de

acetil-CoA. A biossíntese dos ácidos graxos, entretanto, não ocorre pela simples reversão das mesmas etapas enzimáticas.

A biossíntese dos ácidos graxos segue uma via diferente, é catalisada por um conjunto distinto de enzimas e se realiza numa parte diferente da célula.

Além disso, um intermediário de 3 carbonos participa da biossíntese dos ácidos graxos e o

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(1) citrato sintase (5) enzima málica

(2) tricarboxilato translocase (6) piruvato translocase

(3) citrato liase (7) piruvato carboxilase

(4) malato desidrogenase

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Principais Aspectos da Biossíntese (continuação)

_{A cadeia dos ácidos graxos é alongada pela adição de unidades com dois carbonos}

provenientes do acil-CoA. O doador ativado dessas unidades é o malonil-ACP. A reação de alongamento é favorecida pela liberação de CO₂

_{O redutor da biossíntese é o} _NADPH

_{O alongamento pelo complexo da}

_acil-sintase

_{termina com a formação do palmitato (C}₁₆_). _{Os alongamentos posteriores e formação de duplas ligações são catalisados por outros}

sistemas enzimáticos.

_{As enzimas da síntese dos ácidos graxos estão organizadas num complexo}

multi-enzimático denominado

sintetase de ácidos graxos

ou

acil-sintase

_{Os intermediários da síntese dos ácidos graxos estão ligados de forma covalente aos}

grupos sulfidrila (-SH) de uma proteína transportadora de acila (ACP)

_{O grupo}_malonil _{(de 3 átomos de carbono) é o precursor de todas, exceto uma, unidades}

de 2 carbonos a partir dos quais a cadeia de ácido graxo é construída.

_{A única molécula de acetil-CoA necessária na síntese do ácido graxo funciona como}

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C H₂ C O O -C S C o A O 3 2 1 Malonil-CoA C O O -C H₂ C O O -Malonato

_{Outra característica distinta do mecanismo da biossíntese dos ácidos graxos é que os}

intermediários acil no processo são tioésteres, não da CoA, como ocorre na oxidação, mas sim de uma proteína de pequeno peso molecular chamada de proteína

transportadora de acil (ACP)

_{A biossíntese dos ácidos graxos se realiza no citoplasma das células eucarióticas,}

enquanto a oxidação dos ácidos graxos ocorre principalmente na mitocôndria.

Observação:

No ácido palmítico (C16:0), por exemplo, os átomos dos carbonos metila e carboxila do grupo acetil

tornam-se os átomos de carbono 16 e 15 do ácido graxo. O crescimento da cadeia começa com o resíduo acetil iniciador e cresce por adições sucessivas de unidades de 2 carbonos, derivada do malonil-CoA; até a extremidade carboxila do ácido palmítico.

Os dois átomos de carbono do malonil que estão mais próximos da CoA são incorporados enquanto o grupo carboxila não-esterificado, é perdido como CO₂.

O C CH 3 O -Acetil O C S CoA CH 3 Acetil-CoA

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Síntese do malonil-CoA

Embora o malonil-CoA seja o precursor imediato da maioria dos grupos de 2 carbonos que entram na biossíntese dos ácidos graxos, ele é primeiro formado a partir do

acetil-CoA no citosol. CH 2 COO-C S COO-CoA O 3 2 1 M alo nil- C o A ATP + + CO₂ Acetil-CoA O C S CoA CH 3 + ADP + Pi + H+ Acetil-CoA carboxilase Biotina

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A enzimas envolvidas na biossíntese dos ácidos graxos, em número de sete, são

organizadas num complexo denominado

sistema da ácido graxo sintetase

, ligada a este sistema está a proteína transportadora de acil (ACP).

HS Pn HS Cys

ACP E

_{A função da}_ACP _{na biossíntese dos ácidos graxos é análoga à função da}_{coenzima A} _na

oxidação dos ácidos graxos.

Os acil intermediários são esterificados a ACP durante as reações de construção da cadeia dos ácidos graxos, enquanto que na oxidação dos ácidos graxos os acil

intermediários são esterificados a coenzima-A.

_{Ácido graxo sintase}

_{possui dois tipos de}_{grupos sulfidrilas} _essenciais.

Um grupo sulfidrila é formado pelo grupo prostético da ACP (4’-fosfopantoteína) e o outro grupo sulfidrila é fornecido por um resíduo de cisteína específico da

3-cetoacil-sintase

. Ambos os grupos -SH participam na biossíntese dos ácidos graxos.

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Carregamento da Sintetase

Antes que as etapas envolvidas na construção da cadeia dos ácidos graxos comecem, os dois grupos sulfidrilas devem ser “carregados” com os grupos acil corretos.

Isto ocorre em duas etapas catalisadas por enzimas.

_{1ª reação}_{: catalisada pela}

_{ACP-acetil transferase}

_{, o acetil do acetil-S-CoA é transferido}

ao grupo -SH da cisteína da

sintetase

(E)

_{2ª reação}_{: o malonil do malonil-S-CoA é transferido ao grupo sulfidrila da}

fosfopantoteína da ACP, numa reação catalisada pela

ACP-malonil transferase

_{O resultado final destas duas reações é que a}

_sintetase

_{agora possui grupos acil}

covalentemente ligados, um acetil no grupo -SH da cisteína e um malonil no grupo -SH da fosfopantoteína. Os dois grupos acil estão muito próximos na

sintetase

, que está pronta para o processo de alongamento da cadeia.

+

M alon il-S-CoA E + CoA-SH

Acetil-S- Cys HS - ACP E Malonil-S-ACP Acetil-S- Cys Ac etil -S - Co A + HS - Cys HS - ACP E E HS - ACP Acetil-S- Cys + CoA-SH

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Carregamento da

sintetase de ácidos graxos

_{O acetil do acetil-S-CoA é}

transferido ao grupo sulfidrila da cisteína da

sintetase

(E)

_{O malonil do malonil-S-CoA é}

transferido ao grupo sulfidrila da fosfopantoteína da ACP ACP E HS Cys HS Pn Acetil-CoA A CH₃ C S Co O CH₃ C S O C ys HS Pn ACP E Malonil-CoA COO-CH₂ O C S CoA Sintetase carregada com um grupo acetil e um grupo malonil CH₃ C S O C ys ACP E S Pn OOC CH₂ C O HS-CoA ACP-maloniltransferase H S -C oA ACP-acetiltransferase

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A adição de cada unidade de 2 carbonos requer quatro etapas

_{Reação de condensação}

O acetil e o malonil, covalentemente ligados aos grupos -SH da

sintetase

, sofrem uma

reação de condensação formando um acetoacetil ligado ao grupo -SH da fosfopantoteína. Simultaneamente, uma molécula de CO₂ é liberada. Esta reação é catalisada pela

3-cetoacil-ACP sintetase

.

O acetil é transferido do grupo -SH da cisteína para o malonil no grupo -SH da

fosfopantoteína, de forma que ele se torna a unidade de 2 carbonos metil-terminal do acetoacetil. O acetil desloca a carboxila livre do malonil como CO₂.

Este CO₂ formado é o mesmo CO₂ que foi originalmente introduzido no malonil-CoA pela reação da

acetil-CoA carboxilase

.

Observação:

Por quê as células têm o trabalho de adicionar o CO₂ (para sintetizar o malonil a partir de um acetil) apenas para perdê-lo novamente durante a formação do acetoacetato?

Porque a perda do CO₂ do malonil produz, momentaneamente, um grupo reativo poderoso na porção remanescente de 2 carbonos, capacitando-a a reagir rapidamente com o acetil.

E Malonil-S-ACP Acetil-S- Cys + H+ _E Acetoacetil-S-ACP HS-Cys + CO₂

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_{Reação de desidratação}

Na 3ª etapa do ciclo da síntese dos ácidos graxos, o D-3-hidroxibutiril-S-CoA é

desidratado pela

3-hidroxiacil-ACP-desidratase

formando o trans-∆2_{-butenoil-S-ACP}

(crotonil-S-ACP).

HS - C ys D- 3 - hid ro xibutiril- S - AC P

E + H

2O E

Trans- buteno il- S - A C P HS - C ys

_{Reação de redução (saturação)}

A dupla ligação do trans-∆2_{-butenoil-S-ACP é reduzida ou saturada para formar o}

butiril-S-ACP pela ação da

enoil-ACP-redutase

, sendo novamente o NADPH o doador de elétrons.

+ NADP+ + NADPH +H+ HS-Cys Trans- ∆2-butenoil-S-ACP E _E Butiril-S-ACP HS-Cys

Observação: o grupo D-3-hidroxibutiril não é a mesma forma estereoisômera do intermediário L-3-hidroxiacil na oxidação dos ácidos graxos.

E Acetoacetil-S-ACP HS-Cys + NADPH + H+ HS-Cys D-3-hidroxibutiril-S-ACP E + NADP +

Reação de redução do 3-ceto (ou β-ceto)

O acetoacetil-S-ACP sofre redução no grupo carbonila, às custas do NADPH como

doador de elétrons, para formar D-3-hidroxibutiril-S-ACP, numa reação catalisada pela

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Reação de condensação

Malonil S Pn O C CH₂ C O O 1 2 _ACP E Acetil O C H 3 C S C y s H+ 3-cetoacil-ACP sintetase CO2 HS C y s ACP E β-cetoacil-S-ACP S Pn C H 3 C O CH₂ C O 1 2

_{O acetil e o malonil sofrem uma} reação de condensação

formando um acetoacetil ligado ao grupo sulfidrila da

fosfopantoteína.

Simultaneamente, uma molécula de CO₂ é liberada

.

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Seqüência das reações que

conduzem ao ácido butírico

Observação: Essas três etapas representam o inverso das etapas da β-oxidação.

Sín tese do ácido bu tírico

B utiri l-ACP

D-ββββ-hidr oxibutir il-ACP Ac etoac e ti l-ACP CH3 CH2 CH2 C S A C P O N A DPH NA DP+ Redução (e no ilAC P -re d uta se)

trans -ββββ-bute noil -AC P

(Cro to n il-A CP) _ββββ αααα H C C CH3 H S C A C P O A C P O H O S C CH2 C C H3 H D e s id rataç ã o

(ββββhid ro xia cil AC P

-d esi -d ra ta se) H 2O CH3 C CH2 C S A C P O O Re duç ão (ββββc e to a c il AC P -red uta se ) NA DP+ NA DPH

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Alongamento da cadeia carbônica

O butiril é agora transferido do grupo -SH da fosfopantoteína para o grupo -SH da cisteína.

Para começar o próximo circulo de reações, a fim de alongar a cadeia de outra unidade de 2 carbonos, outro malonil é transferido do malonil-CoA ao grupo -SH da fosfopantoteína da ACP. O butiril deixa então o grupo -SH da cisteína e desloca o CO₂ do malonil ligado ao -SH da ACP

Depois de um total de sete de tais ciclos o palmitoil-S-ACP é o produto final.

O processo de alongamento pára em 16 carbonos e o ácido palmítico livre é liberado da molécula de ACP pela ação de uma enzima hidrolítica (

tioesterase

).

E B u tir il- S - A C P H S - C y s _{B u tir il- S - C y s} H S- AC P E H S - C ys P almitoil- S - A C P E + H 2O Ácid o P almítico + H S - A C P E C ys H S

(15)

-A figura mostra o primeiro ciclo de síntese, que leva à formação de butiril ACP.

Para o alongamento da cadeia carbônica (seta pontilhada), o butiril-ACP, sintetizado no final da primeira volta, sofre a mesma seqüência de reações (enzimas 2 a 6) que o acetil-ACP: o grupo butirila é transferido para o grupo SH da enzima, como ocorreu com o grupo acetila no início da

primeira volta,

prosseguindo as reações do mesmo modo que no

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Comparação entre a síntese e a degradação de um ácido graxo

Observação: Os dois

processos compreendem os mesmos tipos de reações, ocorrendo, todavia, em sentido e seqüência opostos.

OH H

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Comentário

A síntese de ácido palmítico (C16:0) requer a adição de energia química em duas formas: _{Como energia do grupo fosfato do ATP - necessária para produzir a ligação tioéster do}

acetil-CoA e para ligar o CO₂ ao acetil-CoA, formando malonil-CoA.

_{Como poder redutor do NADPH - necessário para reduzir as duplas ligações.}

O ácido palmítico sintetizado é convertido em palmitoil-CoA no retículo endoplasmático e transformado (alongamento de cadeia, introdução de ligações duplas) por sistemas enzimáticos microssomais.

Ácido Palmítico + ATP + CoA → Palmitoil-CoA + ADP + Pi

Biossíntese

versus

oxidação

A biossíntese do ácido graxo difere da sua oxidação enzimática em:

_{Localização intracelular}

_{Natureza do grupo transportador do acil}

_{Forma pela quais as unidades de 2 carbonos são adicionadas ou removidas}

_{Configuração estereoisomérica do intermediário 3-hidroxiacil}

_{Espécie de coenzima empregada nas etapas de redox}

_{Participação do CO}₂

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Comparação entre degradação e biossíntese de ácidos graxos

Biossíntese Degradação

Ocorre no citosol Ocorre na matriz mitocondrial

6

Início na extremidade metila (CH₃CH₂-) Início na extremidade carboxila

(CH₃COO -₎

5

Ácidos graxos formam tioésteres com as proteínas transportadoras de acila (ACP-SH)

Ácidos graxos formam tioésteres com CoA-SH

4

É um processo redutor, requer NADPH e ATP

É um processo oxidativo, requer NAD+ _{e FAD e produz ATP}

3

Molonil-CoA é a fonte das unidades de dois carbonos

Molonil-CoA não está envolvido

2 Os intermediários β-hidroxiacil apresentam a configuração DD Os intermediários β-hidroxiacil apresentam a configuração LL 7 Acetil-CoA é o precursor Acetil-CoA é o produto 1