APOSTILA Biossintese lipideos 2011 2 001

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Biossíntese de Ácidos Graxos

 Degradação de ácidos graxos ocorre em unidades de dos carbonos  A biossíntese tem um importane intermediário: malonil—S—CoA  Malonil—S--CoA é formado a partir de Acetil-CoA e bicarbonato

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Proteína carreadora de biotina “Braço” de Lys “Braço” de Biotina Transcarboxilase Malonil—S—CoA Biotina carboxilase Malonil—S—CoA Biotina Proteína carreadora de biotina Biotina carboxilase Transcarboxilase Três regiões funcionais 1. proteína transportadora de biotina 2. biotina carboxilase Ativa o CO₂ (dependente de ATP) 3. Transcarboxilase transfere o CO₂ ativado da biotina a acetil-CoA,

produzindo malonil-CoA Acetil—S—CoA

O braço longo e flexível de biotina, carrega o CO₂ ativado da região biotina carboxilase para o síto ativo da transcarboxilase

Síntese do Malonil—CoA

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Os Quatro passos da síntese

de ácidos graxos

grupo malonil grupo acetil (primeiro grupo acila) condensação redução desidratação redução

 Cada grupo malonil e acetil (acila de mais carbonos) é ativado por uma ligação tioéster à enzima

 Quatro passos:

1) Condensação (acompanhado de descarboxilação) 2) Redução (acompanhado da oxidação do NADPH) 3) Desidratação (acompanhado da retirada de H₂O) 4) Redução (acompanhado da oxidação do NADPH)  A cadeia acila é extendedida em unidades de dois carbonos  Quando a cadeia alcança 16 carbonos, o produto (palmitato

16:0) deixa o ciclo

 O agente redutor do ciclo de síntese é o NADPH

 Os intermediários se mantém ativados e fixos à enzima através de grupamentos –SH

 Todas as reações deste processo de síntese são catalizadas pelo complexo multienzimático ácido graxo sintase

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Proteínas do Complexo ácido graxo

sintase de E. coli

# Componente Funcão

1 Proteína carreadora de acila (PCA) Carrega grupamento acila preso por ligação tioester 2 Acetil-CoA–ACP transacetlase (AT) Transfers acyl group from CoA to Cys residue of KS 3 b-Cetoacil-ACP sintase (KS) Condensa os groupos acil and malonil

4 Malonil-CoA–PCA transferase (MT) Transfere groupo malonil da CoA para a PCA 5 _{b-cetoacil-PCA redutase (KR)} _{Reduz o grupo b-keto a b-hidroxi}

6 b-Hidroxiacil-PCA dehidratase (HD) Remove H₂O from b-hidroxiacil-PCA, cria dupla ligação 7 Enoil-PCA redutase (ER) Reduz a ligação dupla, formando um acil-PCA saturado

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Síntese de ácido graxo

NADPH + H+ _NADP + NADPH + H+ NADP + CO₂ HS—CoA Complexo Ác. Graxo sintase carregado com um acetil e um malonil jCondensação

kRedução do grupamento b-ceto

lDesidratação

mRedução da

ligação dupla

nTransferência do

grupamento butiril da ACP para a sintetase (KS)

Acetil—S—CoA Malonil—S—CoA HS—CoA b-cetobutiril-ACP _{b-Hidroxibutiril-ACP} Trans-D2-Butenoil-ACP Butiril-ACP

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Segunda rodada do ciclo de

síntese de ácidos graxos

 O grupo butiril está ligado ao HS da Cys da Cetoacil Sintase (KS)  O grupo malonil é primeiro ligado ao –SH da fosfo panteteína (PCA)  Na etapa de condensação, o grupo butiril preso ao –SH da Cys

é trocado pelo grupo carboxila do resíduo malonil, que perde um CO₂ (verde).

 O produto, um b-cetoacil de seis carbono, contém agora

quatro carbonos derivados de malonil-CoA e dois derivados da acetil-CoA, que começou a reação.

 O b-cetoacil então sofre etapas de 2 a 4 do slide anterior

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O processo global da síntese de palmitato

 A cadeia acila cresce pela adição de unidades de dois carbonos doadas por malonato (“acetil ativado”)

 Em cada ciclo há uma perda de CO₂

 Em cada ciclo há o consumo de 4e-_{, na forma de 2 NADPH}

 Os carbonos 15 e 16 do palmitato são derivados do acetil, os demais provém de grupamentos malonil

1º ciclo: parte de acetil e malonil

2º ciclo: parte de

butiril e malonil _{3º ciclo: parte de} hexanoato e malonil

Palmitato (16:0) Mais quatro

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Proteína carreadora de acila (PCA)

Á ci d o P an to tê n ic o ( vi ta m in a B )

O grupamento malonil forma um tioester com o –SH da PCA

Cadeia lateral de um resíduo de Ser da PCA

F os fo p an te te ín a Coenzima A  Proteína pequena ~8.000 Da  Prostético de fosfo panteteína,

• parece com a CoA

• funciona como um braço flexível que conduz o substrato pelos diferentes sítios do complexo de síntese

 A hidrólise dos tioésteres é muito exergônica, essa energia favorece alguns passos da síntese de

ácidos graxos Ácido Pantotênico b-m er ca pt o-et ila m in a b-mercapto-etilamina PCA

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Balanço da reação da síntese de

palmitato à partir de acetil-CoA

Formação de sete moléculas de malonil-CoA:

7 acetil-CoA + 7 CO₂ + 7 ATP  7 malonil-CoA + 7 ADP + 7 Pi

Sete ciclos de condensação e redução:

Acetil-CoA + 7 malonil-CoA + 14 NADPH + 14H+ palmitato + 7CO

2+ 8 CoA + 14 NADP+ + 6H2O

O processo global (soma das equações acima):

8 acetil-CoA + 7ATP + 14 NADPH + 14H +_{ palmitato + 8 CoA + 7ADP + 7Pi + 14 NADP}+_{+ 6H} 2O

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Estrutura das ácido graxo sintases em

diferentes organismos

Bactérias e plantas: Sete atividades separados em sete polipeptídeos Levedura: Sete atividades em dois polipeptídeos distintos Vertebrados: Sete atividades em um grande polipeptídeo

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NAD+/NADH & NADP/NADPH

Normalmente, NADPH o transportador de elétrons nas reações anabólicas e o NAD+ é utilizado nas reações catabólicas.

Citoplasma

 No citplasma dos hepatócitos, a proporção [NADPH]/[NADP] é muito alta (75/1), criando um ambiente favorável para a síntese redutora de ácidos graxos e outras biomoléculas

 O proporção citosólica [NADH]/ [NAD+] é muito menor (cerca de 10-5_{), de}

modo que o catabolismo oxidativo da glicose dependente NAD+ do pode ocorrer no mesmo compartimento, e, ao mesmo tempo, que a síntese de ácidos graxos.

Mitocôndria

 O relação [NADH]/[NAD+] na mitocôndria é muito maior do que no citosol, por causa do fluxo de elétrons para o NAD₊ provenientes da oxidação de:

 ácidos graxos  Aminoácidos  Piruvato

 acetil- CoA.

 Esta alta razão [NADH]/ [NAD] na mitocôndria favorece a redução do oxigênio através da cadeia respiratória

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Origem do NADPH

Em hepatócitos e adipócitos, NADPH é em grande parte gerada pela: • via das pentose fosfato

• enzima málica

Ribulose 5-fosfato Glicose 6-fosfato

Via das pentoses fosfato

Malato Piruvato

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Considerações sobre a origem das

unidades acetil--

 Praticamente todo acetil-CoA usado na síntese de ácidos graxos é formado na mitocôndria à partir de(a):

• oxidação do piruvato

• catabolismo dos esqueletos de carbono dos aminoácidos  A membrana mitocondrial interna é impermeável a acetil-CoA  Acetil-CoA da oxidação de ácidos graxos não é uma fonte

significativa de acetil-CoA para a biossíntese dos ácidos graxos nos animais, porque as duas vias são mutuamente reguladas

Como é feito o transporte dos carbonos da matriz mitocondrial

para o citoplasma?

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Saída do acetil—CoA da mitocôndria

Matriz Citosol Transportador de citrato Citrato sintase Citrato liase Enzima málica Malato desidrogenase  O acetil-CoA reage com o primeiro oxaloacetato para formar citrato  Reação catalisada pela

citrato sintase (enzima do ciclo

de Krebs)

 O citrato de passa através de seu transportador na

membrana interna da mitocondria

 No citosol, é clivado pela

citrato liase e regenera

acetil-CoA

 Oxaloacetato não pode retornar a

matriz mitocondrial diretamente (não há transportador)

 A malato desidrogenase citosólica reduz o oxaloacetato a malato, que retorna ao matriz mitocondrial pelo transportador, malato-a-cetoglutarato

 Na matriz, o malato é reoxidadoem oxaloacetato para completar o transporte.

As unidades acetil saem da mitocôndria na forma de citrato

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Regulação da síntese de ácidos graxos

Insulina Provoca ativação glucagon, epinefrina causam inativação Palmitoil—CoA Mensageiro Mensagem

Insulina [Glicose] alta no sangue Glucagon [Glicose] baixa no sangue Epinefrina (adrenalina) Luta ou fuga

A forma ativa da acetil—CoA carboxilase se organiza na forma de filamentos Regulação hormonal (por fosforilação) R eg ul aç ão a lo st ér ic a

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Rotas de síntese de outros ácidos graxos

Palmitato

 o principal produto da síntese de ácidos graxos em animais

 é o precursor de ácidos graxos de cadeia longa  Ela pode ser alongado pela ação de sistemas de

elongação presentes no retículo endoplasmático liso e na mitocôndria por um asistem enzimático diferente, mas que catalisa as mesmas reações:

• Doação de dois carbonos pelo malonil-CoA • Redução

• Desidratação • Redução

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Dessaturação de ácidos graxos

Acil—S—CoA monoinsaturado

Acil-CoA desaturase

 Oxidase de função mista

 Dois substratos diferentes doam elétrons • Ácido graxo

• NAD(P)H

 Ambos são oxidados simultâneamente

 O caminho do fluxo de elétrons inclui um citocromo (Citocromo b5) e uma flavoproteína (citocromo b5 redutase)

 Essas reações ocorrem na face lumenal do RE liso Acil—S—CoA saturado

acil-CoA desaturase

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 Em animais a síntese triacilgliceróis e glicerofosfolípidos compartilham dois

precursores (acil-CoA graxo e L-glicerol 3-fosfato)

 A maioria do glicerol 3-fosfato é derivado da dihidroxiacetona-P da via glicolítica

Biossíntese do ácido fosfatídico

Glicose Glicólise dihidroxiacetona fosfato glicerol Glicerol 3-fosfato Glicerol 3-fosfato Acil transferase Acil transferase Acil-CoA sintetase Acil-CoA sintetase Ácido fosfatídico

Um grupo de acil é ativado pela formação de acil-CoA

A acila é transferida para o glicerol 3-fosfato (lig. éster)

 Outros precursores de

triacilgliceróis são os acil—CoA , formados a partir de ácidos graxos pela acil—CoA sintetases, as

mesmas enzimas responsáveis pela ativação de ácidos graxos para b-oxidação

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Biossíntese de triacilglicerol e dos

glicero-fosfolipideos

Ácido fosfatídico ácido fosfatídico fosfatase Acil

transferase Grupamento cabeça

ligação do grupo de cabeça (Colina, serina, etanolamina, etc)

Triacilglicerol Glicerofosfolipideo 1, 2-di a ci lg lic er ol

Ácido fosfatídico é o precursor tanto dos triacilgliceróis como glicerofosfolípidos.

Os seres humanos podem guardar apenas algumas centenas de gramas de glicogênio no fígado e no músculo, apenas o suficiente para abastecer o as necessidades de energia do corpo por 12 horas.

Em contrapartida, os triacilgliceróis armazenados em um homem de 70 kg (~15 kg) é o suficiente para suportar necessidades basais de energia, por 12 semanas