15º Tema - Biosíntese de Lípidos/Relatório grupo 8

Biossíntese de Ácidos Gordos:
Em situações de abundância de acetil-CoA, o fígado e o tecido adiposo sintetizam ácidos gordos. Quando
comparado com a β-Oxidação, a síntese dos ácidos gordos dá-se em diferentes processos, é catalisada por
diferentes tipos de enzimas e ocorre em diferentes lugares da célula (citoplasma). Para que esta ocorra, é essencial
que exista malonil-CoA como intermediário (tal não acontece na β-Oxidação).
Tendo em conta que na β-Oxidação se forma acetil-CoA e na síntese este é necessário no primeiro ciclo e
na formação de malonil-CoA, devido à impermeabilidade da membrana interna da mitocôndria em relação ao
acetil-CoA, este irá ser transportado para o citoplasma na forma de citrato que será formado a partir de
oxaloacetato e de acetil-CoA pela citrato síntetase e no citoplasma ocorre a reacção inversa pela actuação da
citrato cinase, libertando assim o acetil-CoA no meio.
A formação de malonil-CoA, é um processo
irreversível e é catalisado pela acetil-CoA carboxilase. O
malonil-CoA é formado a partir de acetil-CoA e de
bicarbonato(HCO3-). A acetil-Coa carboxilase está dividida
em três subunidades:
• Proteína transportadora de biotina, que está
ligada covalentemente à biotina por uma
ligação amida;
• Biotina
carboxilase,
responsável
pela
activação do CO2 (proveniente do ião
bicarbonato), e sua transferência para a
biotina, numa reacção dependente de ATP;
• Transcarboxilase,
responsável
pela
transferência do CO2 da biotina para a acetilCoA, produzindo o malonil-CoA.
Nos mamíferos, a síntese é realizada por um complexo multienzimático, que funciona como um dímero
(as 2 subunidades funcionam independentemente uma da outra). Este contém 7 centros activos diferentes, sete
enzimas e uma molécula transportadora de grupos acilo (ACP):
• ACP (Acyl Carrier Protein) - Transporta grupos acil através de uma ligação tioester
• Acetil-CoA-ACP transacetilase(AT) - Transfere os grupos acil da CoA para o grupo -SH da KS
• β-Cetoacil-ACP sintase(KS) - Condensa o grupo acil e o malonil
• Malonil-CoA-ACP transferase(MT) - Transfere o grupo malonil da CoA para o ACP
• β-Cetoacil-ACP redutase(KR) - Redução do grupo β-ceto no grupo β-hidroxil
• β-Hidroxiacil-ACP desidratase(HD) - Remove H2O do β-hidroxiacil-ACP criando uma ligação dupla
• Enoil-ACP redutase(ER) - Reduz a ligação dupla, formando acil-ACP saturado
• Tiosterase - que promove a clivagem entre o ácido gordo
final e o ACP.
Antes do 1º ciclo do processo de formação de um ácido gordo,
a AT vai promover a ligação de um acetil ao KS e a MT liga um malonil
à ACP. Após estes dois passos, vão realizar-se as 4 reacções(que
compõem 1 ciclo de condensação-redução), de modo a obter butiril
ligado à ACP:
• A 1ª reacção, é uma reacção de condensação, catalisada
pela KS. O CO2 libertado nesta reacção é o mesmo
introduzido na formação de malonil-CoA a partir do
HCO3- ;
• A 2ª reacção consiste na redução do grupo carbonilo (em
C-3) pela KR, tendo como dador de electrões: NADPH + H+
• Na 3ª reacção ocorre uma desidratação, catalisada pela
HD, em que os elementos constituintes de H2O, são
removidos dos carbonos C-2 e C-3, ocorrendo a formação
2
de trans-Δ -butenoil-ACP ;
2
• Na 4ª Reacção vai-se reduzir a ligação dupla de trans-Δ butenoil-ACP. Esta reacção é catalisada pela ER, formando
butiril-ACP.
Após se darem estas 4 reacções, obtém-se o butiril ligado à ACP, de seguida a AT realiza uma translação
deste acilo saturado para a KS e a MT liga novamente um malonil à ACP de forma a ter-se as condições necessárias
para que se dê outro ciclo de condensação-redução com o objectivo de acrescentar dois átomos de carbono à
cadeia, por cada ciclo realizado. Quando, após um ciclo de condensação-redução se obtém um produto saturado
com comprimento de 16 carbonos, a AT e a MT não actuam e entra em acção a Tiosterase que promove a quebra
da ligação tioester entre o palmitato(16:0) e a ACP, libertando este no meio celular.
Os últimos 2 carbonos (C-16 e C-15 do palmitato), são derivados do acetil-CoA e os restantes de malonilCoA. Pequenas quantidades de ácidos gordos de cadeias maiores como o estearato(18:0), também são formados.
Ácidos gordos insaturados ou de cadeia mais longa são produzidos a partir do ácido palmítico por acção de
elongases e dessaturases.
Podemos considerar a reacção geral da síntese do palmitato a partir de acetil-CoA dividida em duas
partes:
•
1ª Parte – Formação de sete moléculas de malonil-CoA
7 Acetil-CoA + 7CO2 + 7ATP
7 Malonil-CoA + 7ADP + 7Pi
•
2ª Parte – Sete ciclos de condensação e redução
Acetil-CoA + 7 Malonil-CoA + 14NADPH + 14H+
Palmitato + 7CO2 + 8CoA + 14NADP+ + 6H2O
•
Resultado geral do processo:
8 Acetil-CoA + 7ATP + 14NADPH + 14H+
Palmitato + 8CoA + 7ADP + 7Pi + 14NADP+ + 6H2O
A célula adiciona CO2 na formação de malonil-CoA e este irá ser libertado este durante a formação do
acetoacetato, pois o CO2 é apenas adicionado por uma questão de equilíbrio termodinâmico. Na β-oxidação dos
ácidos gordos, a clivagem do acectil do grupo acil, é uma reacção altamente exergónica e a condensação de por
exemplo, duas moléculas de acetil, é altamente endergónica, havendo assim equilíbrio entre estas duas pela
adição de CO2.
Palmitato é o precursor de ácidos gordos de cadeias mais longas, podendo estas
ser saturadas(Estearato 18:0), ou monoinsaturadas(Palmitoleato, Oleato).
Os sistemas de alongamento de ácidos gordos, permitem a adição de grupos
acetil ao palmitato, formando assim ácidos gordos de cadeias mais longas. Estes
encontram-se presentes no retículo endoplasmático liso e na mitocôndria. No processo
de alongamento, é a Coenzima A em vez da ACP, que tem a função de proteína
transportadora de grupos acil. Este processo é idêntico ao processo de formação do
palmitol, ocorrendo as seguintes reacções, doação de dois átomos de carbono pelo
malonil-CoA, redução, desidratação e redução para o produto saturado.
O palmitato e o estearato são precursores de dois dos mais comuns ácidos
gordos no tecido animal, o palmitoleato 16:1(Δ9) e o oleato 18:1(Δ9), ambos com uma
ligação dupla do tipo cis entre C-9 e C10. Os mamíferos não conseguem converter o
oleato em linoleato ou α-linolenato, pois não são capazes de criar ligações duplas entre o
carbono C-10 e o grupo terminal metilo, logo estes são essenciais na dieta.
No processo de dessaturação, a ligação dupla é introduzida através de uma reacção oxidativa catalisada
pela acil-CoA dessaturase. Neste processo intervém um citocromo (citocromo b5) e a flavoproteína (citocromo b5
redutase), ambos presentes no retículo
endoplasmático liso, vão ter a função de
+
transportar dois electrões do NADPH+H para o
ácido gordo, de modo a que sejam libertados dois
hidrogénios que irão dar origem a duas moléculas
de água, formando-se assim uma ligação dupla.
Biossíntese de Acilgliceróis:
Quer os ácidos gordos sintetisados pelo organismo, quer os ingeridos na
dieta podem seguir vias diferentes: ou são incorporados em triacilgliceróis, ou são
incorporados em componentes fosfolípidicas membranares. A repartição entre estas
duas alternativas irá depender das necessidades correntes do organismo. A molécula
de triacilglicerol, já outrora introduzida (relembrar apresentação sobre Lípidos simples
e complexos ) tem como precursores os acilos-CoA (formados a partir de ácidos
gordos por acção de acil-CoA-sintetases - lembrar a activação na β-oxidação) e Lglicerol 3-fosfato. Este último pode ser obtido principalmente de duas formas: através
da glicólise,onde a glicose sofre a acção da enzima glicerol-3-fosfato desidrogenase
citossólica que se encontra ligada ao NAD ou então através da enzima glicerol cinase
em processos que ocorrem no fígado e no rim, sendo que neste caso o glicerol
proveniente do metabolismo dos quilomicrons é transformado directamente em
glicerol-3-fosfato (ver esquema anexo).
O primeiro passo da biossíntese do triacilglicerol consiste na síntese
do diacilglicerol 3-fosfato (ácido fosfatídico) - composto central do
metabolismo lipídico. A interpretação do seguinte esquema dispensa muitos
comentários, dada a simplicidade dos processos. Acresente-se apenas que
nas duas reacções de acilação que ocorrem, catalisadas por enzimas acil
transferases, R1 e R2 dos acilos-CoA são geralmente cadeias saturadas e
insaturadas, respectivamente.
O ácido fosfatídico formado pode ser agora hidrolisado,pela acção
da enzima ácido fosfatídico fosfatase,originando o 1,2-diacilglicerol (também
pode ser convertido em glicerofosfolípidos):
O diacilglicerol por sua vez, numa reacção catalisada pelo diacilglicerol-aciltransferase, e com a participação de um acilo-CoA, é acilado a triacilglicerol:
À fosfatase e diacilglicerol-acil-transferase dá-se geralmente a designação de
complexo triacilglicerol-sintase.
Regulação não hormonal da Lipogénese:
Na regulação não hormonal da lipogénese é da maior importância dar enfâse a determinados factores ,
nomeadamente a concentração do palmitoil-CoA, do citrato e do malonil-CoA, bem como a razão
[NADPH]/[NADP+].
O principal produto da síntese de ácidos gordos é o palmitoil-CoA. Este funciona como um inibidor
alostérico da enzima acetil –CoA carboxilase (já aqui introduzida), quando a concentração do mesmo é elevada.
Quando a concentração de acetil-CoA e ATP, na mitocôndria, aumentam, o citrato (precursor acetil-CoA
citosólico) é transportado para fora da matriz mitocondrial. No citosol, vai activar a enzima acetil-CoA carboxilase
(que por sua vez e como já foi mencionado, catalisa a reacção de formação do malonil-CoA). O citrato é um
activador alostérico, uma vez que quando se liga à enzima acetil-CoA carboxilase (num sítio diferente do seu
centro activo), vai provocar uma alteração conformacional desta enzima, o que faz aumentar a actividade
enzimática. Portanto, o Vmax da reacção aumenta. O citrato tem um papel muito importante no metabolismo
celular na medida que impede que o combustível metabólico seja consumido e em vez disso é armazenado como
ácidos gordos. Por estes factores, a etapa em que entra essa enzima é considerada a etapa limitante da biossíntese
de ácidos gordos. O citrato também é responsável pela actividade da fosfofrutocinase-1, reduzindo o fluxo de
carbono através da glicólise.
Se a síntese de ácidos gordos e a β-oxidação se dessem ao mesmo tempo, os 2 processos constituiriam
um ciclo fútil, com perda de energia. O malonil-CoA é um Inibidor alostérico da enzima carnitina aciltransferase I
(relembrar mecanismo de transporte na β-oxidação). Assim durante a síntese de ácidos gordos, a produção do
primeiro intermediário, o malonil-CoA, não permite a β-oxidação ao nível da membrana mitocondrial interna.
Por último, uma razão alta [NADPH]/[NADP+] promove um forte ambiente redutor, favorecendo a síntese
de ácidos gordos (e outras biomoléculas). A produção de NADPH , quer
pelas desidrogenases da via das
fosfopentoses (principal fonte de fornecimento), quer pela enzima málica,quer pelo isocitrato desidrogenase
promovem então a síntese lípidica.
De referir apenas que (e sem entrar em grandes pormenores) verifica-se que quando ingerimos excesso
de ácidos gordos insaturados a expressão dos genes que codificam muitas enzimas lipogénicas no fígado é
suprimida. Obviamente esse é um factor que requer uma maior profundidade em termos de conhecimentos, pelo
que apenas aqui fica a ideia.
Síntese e dos glicerolípidos e esfingolípidos:
As duas classes principais de fosfolípidos presentes na membrana são os glicerofosfolípidos e os esfingolípidos.
Podem ser formadas várias espécies diferentes de fosfolípidos pela combinação dos diferentes ácidos gordos e
grupos polares com o glicerol (glicerofosfolípidos) ou com a esfingosina (esfingolípidos).
Todas as vias de biossintese de fosfolípidos a partir de simples precursores, requerem, em geral, os mesmos
passos básicos:
(1) síntese de uma molécula esqueleto, glicerol ou esfingosina;
(2) ligação do(s) acido(s) gordo(s) ao esqueleto, por ligação éster ou amida;
(3) adição de uma cabeça polar hidrofílica através de uma ligação fosfodiéster;
E, em alguns casos:
(4) alteração ou da troca da cabeça para formar o fosfolípido final.
Nas células eucariotas, a síntese dos fosfolípidos ocorre na superfície do retículo endoplasmático liso e na
membrana interna das mitocôndrias.
Biossíntese dos glicerofosfolípidos:
Existem duas vias possíveis para a formação do ácido fosfatídico. Na primeira, o passo 1 e 2 são comuns à
via dos triacilglicerois: dois ácidos gordos são esterificados com o C-1 e C2 do L-glicerol 3-fosfato. Normalmente, mas não necessariamente, existe
um ácido saturado em C1 e um ácido insaturado em C2. Uma segunda via
para o ácido fosfatídico é a fosforilação de um diacilglicerol por uma
fosfotransferase específica, a citidina difosfato (CDP).
A cabeça polar dos glicerofosfolípidos está ligada através de uma
ligação fosfodiéster, na qual cada um dos dois grupos hidroxilo do álcool
(um da cabeça polar e outro do C-3 do glicerol) forma uma ligação éster
com ácido fosfórico.
Existem duas estratégias para formar essa ligação fosfodiéster. Na
primeira estratégia o grupo hidroxilo do diacilglicerol é activado pela CDP
originando o ácido fosfatídico CDP-diacilglicerol. Depois uma citidina
monofosfato (CMP) é retirada num ataque nucleofilo pelo grupo hidroxilo
da cabeça polar. Na segunda estratégia, a CDP liga-se ao grupo hidroxilo
da cabeça e uma CMP é depois retirada num ataque nucleofilo pelo grupo
hidroxilo do diacilglicerol. Exemplos:
•
•
•
Fosfatidilglicerol – sintetizado pela primeira estratégia;
Fosfatidilinositol - sintetizado pela primeira estratégia;
Cardiolipina – sintetizada pela condensação de uma molécula de
fosfatidilglicerol com o CDP-diacilglicerol;
•
Fosfatidiletanolamina – sintetizada pela segunda estratégia a
partir da etanolamina;
•
Fosfatidilcolina - sintetizada pela segunda estratégia a partir da
colina;
•
Fosfatidilserina – sintetizada partir da fosfatidiletanolamina por
uma reacção de troca de cabeças (Passo 4).
Apenas no fígado a fosfatidilcolina pode também ser produzida pela metilação
da fosfatidiletanolamina.
Biossíntese dos esfingolípidos:
A biossíntese dos esfingolípidos ocorre em quatro etapas:
(1) síntese de uma amina de 18 carbonos, a esfinganina, a partir
do palmitoil-CoA e da serina;
(2) ligação de um ácido gordo por ligação amida;
(3) formação da ligação dupla na molécula de esfinganina para
formar N-acilesfingosina (ceramida);
(4) ligação de um grupo da cabeça para formar um esfingolípido,
tal como um glicolípido ou uma esfingomielina.
Esta via compartilha diversas características com as vias que
conduzem aos glicerofosfolípidos: envolve NADPH e os ácidos
gordos entram como os seus derivados acil-CoA. Contudo, na
ligação do grupo da cabeça já existem algumas diferenças. Para a
síntese da esfingomielina o doador de fosfocolina é a fosfatidilcolina
em vez da CDP-colina. Nos glicolípidos (cerebrósidos e gangliosidos)
o açúcar do grupo da cabeça é ligado ao grupo hidroxilo do C-1 da
esfingosina por ligação glicosídica em vez de fosfodiester. O doador
do açúcar é um UDP-açucar (UDP-glucose ou UDP-galactose).
Biossíntese do colesterol:
O colesterol desempenha um papel crucial como componente das membranas celulares e como precursor
de hormonas esteróides e ácidos (sais) biliares. É uma molécula essencial, todas as células (mas principalmente as
hepáticas) podem sintetizá-lo a partir de um simples precursor: o acetato. Este processo pode ser dividido em
quatro etapas distintos:
1 – Partindo de 3 moléculas de acetil-CoA, forma-se o mevalonato (C6): Duas moléculas de acetil-CoA, por acção
de uma tiolase, formam acetoacetil-CoA, que junto com mais um acetil-CoA, por acção da enzima HMG-CoAsintase dá origem a o intermediário HMG-CoA (HMG-CoA = Hidroximetilglutaril-CoA). Finalmente, por acção da
+
HMG-CoA redutase, com 2NADPH (agente redutor) + 2H , obtém-se o mevalonato.
2 – O segundo passo consiste em converter o mevalonato nos isoprenos
activos: A partir do mevalonato, por acção da mevalonato 5fosfotransferase, e fosfomevalonato cinase, 3 grupos fosfato são
transferidos de ATP para a molécula formando os intermediários: 5fosfomevalonato, que dá origem ao 5-pirofosfomevalonato que, por sua
vez, origina 3-fosfo-5-pirofosfomevalonato. Este útimo sofre uma
descarboxilação, e perdendo um fosfato, surge o isopentenil-pirofosfato,
que por acção de uma isomerase, transforma-se também em dimetilalilpirofosfato (que são ambos os isoprenos activos (C5)).
3 – Condensação das seis unidades isoprenóides para formar o esqualeno:
Os dois isómeros mencionados anteriormente condensam-se “cabeça”
com “cauda”, e por libertação de um pirofosfato formam geranilpirofosfato (C10). Este por sua vez, condensa, também “cabeça” com
“cauda” com um isopentenil-pirofosfato, libertando novo pirofosfato e
formando farnesil-pirofosfato (C15)(as duas reacções anteriores são
catalisadas pela enzima prenil transferase). Pela acção da enzima
esqualeno sintase, duas moléculas de farnesil-pirosfato condensam, desta
vez “cabeça” com “cabeça” formando assim, com libertação de ambos os
grupos pirofosfato, o esqualeno (C30 e linear). O agente redutor desta
reacção é o NADPH.
4 – O último passo consiste na ciclização do esqualeno para formar o
colesterol: Na presença de oxigénio molecular (O2), a enzima esqualeno-monoxigenase usa um desses átomos para
formar o esqualeno-2,3-epóxido, enquanto o O restante é reduzido pelo NADPH em H2O. Por acção de ciclases,
forma-se o intermediário lanosterol, que após uma série de reacções (principalmente migrações e remoções de
grupos metilo) se converte finalmente em colesterol. De notar que partindo do esqualeno (C30) se obtém o
colesterol (C27), em que os carbonos perdidos se devem à formação dos anéis do núcleo esterólico.
Síntese das hormonas esteróides:
A formação das hormonas esteróides a partir do colesterol deve-se por oxidação e clivagem das suas
cadeias laterais, processo que depende da presença de NADPH e O2. Forma-se primeiramente a pregnenolona, a
partir da qual se formam as restantes hormonas: no córtex das glândulas supra-renais – mineralocorticóides
(aldosterona) e glicocorticóides (cortisol); nas gónadas, há formação das hormonas sexuais tais como a
progesterona, androgénios e estrogénios.
Acetato
↓
Colesterol
↓
Pregnelona
Progesterona
18-OH
costicosterona
↓
Aldosterona
17-OH-pregnelona
↓
17-OH-progesterona Androstenodiona
↓
↓
Cortisol
Testosterona