Biossíntesse Ácido Graxo

Profª Eleonora – Slide de aula
Biossíntese de Ácidos Graxos
Profª Eleonora – Slide de aula
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
CO2 também é necessário.
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:
citrato-sintase
acetil-C oA + oxaloacetato
H O
2
H S-CoA
citrato
ATP
citrato-liase
ADP + P i
citrato
(mitocôndria)
H S-CoA
acetil-C oA + oxaloacetato
(citoplasma)
Profª Eleonora – Slide de aula
Enzimas e translocases que participam sistema de transporte de citrato
(1) citrato sintase
(2) tricarboxilato translocase
(3) citrato liase
(4) malato desidrogenase
(5) enzima málica
(6) piruvato translocase
(7) piruvato carboxilase
Profª Eleonora – Slide de aula
Principais Aspectos da Biossíntese (continuação)
As enzimas da síntese dos ácidos graxos estão organizadas num complexo multienzimático 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)
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 (C16).
Os alongamentos posteriores e formação de duplas ligações são catalisados por outros
sistemas enzimáticos.
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
unidade de “iniciação”.
Profª Eleonora – Slide de aula
CH
3
C O-
CH
3
C S CoA
O
O
Acetil
Acetil-CoA
COO-
3
COO-
C H2
2
C H2
COO-
1
C
Malonato
S CoA
O
Malonil-CoA
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.
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.
Profª Eleonora – Slide de aula
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.
3 COO
-
Acetil-CoA
CH
3
CH
2
carboxilase 2
C S CoA + CO + ATP
2
1 C S CoA + ADP + Pi + H+
Biotina
O
O
Acetil-CoA
M alonil- C oA
Profª Eleonora – Slide de aula
Ácido Graxo Sintetase
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 Cys
HS Pn
E
AC
P
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-cetoacilsintase. Ambos os grupos -SH participam na biossíntese dos ácidos graxos.
Profª Eleonora – Slide de aula
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
HS - Cys
Ac etil-S - Co A +
Acetil-S- Cys
E
E + CoA-SH
HS - ACP
HS - ACP
Acetil-S-Cys
Acetil-S- Cys
Malon il-S-CoA +
E + CoA-SH
E
HS - ACP
Malonil-S-ACP
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.
Profª Eleonora – Slide de aula
Carregamento da sintetase de ácidos graxos
HS Cys
O acetil do acetil-S-CoA é
HS Pn
transferido ao grupo sulfidrila
da cisteína da sintetase (E)
E
AC
P
CH3 C S CoA
ACP-acetiltransferase
O
H S -C oA
Acetil-CoA
O malonil do malonil-S-CoA é
transferido ao grupo sulfidrila
da fosfopantoteína da ACP
CH 3 C S C ys
O
HS Pn
E
AC
P
COO -
ACP-maloniltransferase
CH 2
O
C S
CoA
HS-Co A
Malonil-CoA
CH 3 C S C y s
O
OOC CH2 C S Pn
O
E
AC
P
Sintetase ca rrega d a
com um gru po acetil e
um grupo ma lonil
Profª Eleonora – Slide de aula
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.
Acetil-S- Cys
E
Malonil-S-ACP
+
+
H
HS-Cys
Acetoacetil-S-ACP
E + CO 2
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.
Profª Eleonora – Slide de aula
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
3-cetoacetil-ACP redutase.
HS-Cys
HS-Cys
E + NADPH + H +
Acetoacetil-S-ACP
E + NADP +
D-3-hidroxibutiril-S-ACP
Observação: o grupo D-3-hidroxibutiril não é a mesma forma estereoisômera do intermediário L-3-hidroxiacil na
oxidação dos ácidos graxos.
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 roxibutiril- S - AC P
HS - C ys
E + H O
2
E
Trans- butenoil- S- AC P
Reação de redução (saturação)
A dupla ligação do trans-∆2-butenoil-S-ACP é reduzida ou saturada para formar o butirilS-ACP pela ação da enoil-ACP-redutase, sendo novamente o NADPH o doador de elétrons.
HS-Cys
Trans- ∆2-butenoil-S-ACP
E + NADPH + H +
HS-Cys
Butiril-S-ACP
E + NADP +
Profª Eleonora – Slide de aula
Reação de condensação
Acetil
O acetil e o malonil sofrem uma
reação de condensação
formando um acetoacetil ligado
ao grupo sulfidrila da
fosfopantoteína.
H+
O
CH
3
C
S
2
C ys
1
O C CH 2 C S Pn
O
Simultaneamente, uma molécula
de CO2 é liberada.
E
AC
P
O
Malonil
3 -cetoacil-ACP sintetase
CO2
Cys
HS
2
CH
3
C
1
CH 2 C S Pn
O
β-cetoacil-S-ACP
O
E
AC
P
Profª Eleonora – Slide de aula
Sín tese do ácido bu tírico
Seqüência das reações que
conduzem ao ácido butírico
O
O
Ac etoace til-ACP
CH 3
C
CH2
NA DP +
CH3
C
CH2
OH
trans -β -butenoil-ACP
(Cro to n il-A CP)
CH 3
C
β
C
S
ACP
D e s id rataç ã o
( β -hid ro xia cil -AC P d esid ra ta se)
H O
2
H
ACP
O
H
D-β -hidr oxibutir il-ACP
S
Re duç ão
(β -ceto a c il -AC P red uta se )
NA DPH
Observação: Essas três etapas
representam o inverso das etapas
da β-oxidação.
C
O
α
C C
ACP
S
H
NA DPH
NA DP +
Redução
(eno il-AC P re d uta se)
O
B utiri l-ACP
CH 3 CH 2 CH2
C
S
ACP
Profª Eleonora – Slide de aula
Alongamento da cadeia carbônica
O butiril é agora transferido do grupo -SH da fosfopantoteína para o grupo -SH da cisteína.
H S - C ys
E
B u tir il- S - A C P
B u tiril- S - C y s
E
H S- AC P
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).
HS - C ys
P almitoil- S - AC P
H S - C ys
E + H O
2
Ácido P almítico +
E
HS - A C P
Profª Eleonora – Slide de aula
Alongamento da Cadeia Carbônica
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
primeiro ciclo de síntese.
Profª Eleonora – Slide de aula
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.
H
OH
Profª Eleonora – Slide de aula
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
Ácido Palmítico
Palmítico ++ ATP
ATP ++ CoA
CoA →
→ Palmitoil-CoA
Palmitoil-CoA ++ ADP
ADP ++ Pi
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 CO2
Profª Eleonora – Slide de aula
Comparação entre degradação e biossíntese de ácidos graxos
Degradação
Biossíntese
1
Acetil-CoA é o produto
Acetil-CoA é o precursor
2
Molonil-CoA não está envolvido
Molonil-CoA é a fonte das unidades de
dois carbonos
3
É um processo oxidativo, requer
NAD+ e FAD e produz ATP
É um processo redutor, requer NADPH
e ATP
4
Ácidos graxos formam tioésteres
com CoA-SH
Ácidos graxos formam tioésteres com
as proteínas transportadoras de acila
(ACP-SH)
5
Início na extremidade carboxila
(CH3COO -)
Início na extremidade metila (CH3CH2-)
6
Ocorre na matriz mitocondrial
Ocorre no citosol
7
Os intermediários β-hidroxiacil
apresentam a configuração L
Os intermediários β-hidroxiacil
apresentam a configuração D