15º Tema - Biosíntese de Lípidos/finalll

Engenharia Biomédica
07/08
2º Ano - 2º Semestre
IST/FML
Mendes,J.; Sousa e Silva,M .; Machado,M.;
Santos,P.
Biossíntese dos lípidos
Metabolismo e Endocrinologia
SÍNTESE DOS ÁCIDOS GORDOS
• Quando comparado com a β-Oxidação dos ácidos gordos, a sua síntese dá-se em
diferentes processos, é catalisado por diferentes tipos de enzimas e ocorre em
diferentes lugares da célula.
• Para que ocorra a síntese dos ácidos gordos, é essencial que exista malonil-CoA
como intermediário(tal não acontece na β-Oxidação).
•Transporte dos grupos
acetilo através da membrana
interna mitocondrial é
realizada pelo citrato à custa
de ATP;
-citrato sintetase;
-citrato liase;
SÍNTESE DOS ÁCIDOS GORDOS
Formação de malonil-CoA
• É formado a partir de Acetil-CoA e de Bicarbonato(HCO3-).
• Este processo é irreversível e é catalisado pela Acetil-CoA carboxilase.
• A Acetil-CoA carboxilase catalisa a reacção e é composta por três
subunidades polipéptidicas, fazendo parte de um único polipéptido
multifuncional.
• Esta enzima contém um grupo prostético Biotina, fundamental para a
reacção catalisada.
Acetil-CoA carboxilase:
sítio alostérico
Sítio de fixação da biotina
transcarboxilase
carboxilase
biotina
SÍNTESE DOS ÁCIDOS GORDOS
– Formação de Malonil-CoA
SÍNTESE DOS ÁCIDOS GORDOS
- Complexo multienzimático
• 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, seis enzimas e uma molécula
transportadora de grupos acilo (ACP):
ACP (Acyl Carrier Protein)
 Acetil-CoA-ACP transacetilase
 β-Cetoacil-ACP sintase
 Malonil-CoA-ACP transferase
 β-Cetoacil-ACP redutase
 β-Hidroxiacil-ACP desidratase
 Enoil-ACP redutase
• Contém também uma Tiosterase que promove a clivagem entre o ácido gordo
final e o ACP.
SÍNTESE DOS ÁCIDOS GORDOS
- Complexo multienzimático
SÍNTESE DOS ÁCIDOS GORDOS
- Complexo multienzimático
Proteínas do complexo multienzimático da sintase dos ácidos
gordos
Componente
Função
ACP – Proteína transportadora de grupos
acil
Transporta grupos acil através de uma ligação
tioester
AT – Acetil-CoA-ACP transacetilase
Transfere os grupos acil da CoA para o grupo -SH da
KS
KS – β-cetoacil-ACP sintase
Condensa o grupo acil e o malonil
MT – Malonil-CoA-ACP transferase
Transfere o grupo malonil da CoA para o ACP
KR – β-Cetoacil-ACP redutase
Redução do grupo β-ceto no grupo β-hidroxil
HD –β-Hidroxiacil-ACP desidratase
Remove H2O do β-hidroxiacil-ACP criando uma
ligação dupla
ER – Enoil-ACP redutase
Reduz a ligação dupla, formando acil-ACP saturado
SÍNTESE DOS ÁCIDOS GORDOS
- Proteína Transportadora de grupos Acil (ACP)
• Pequena proteína que contém um grupo
prostético, 4’-fosfopantetaína.
• O grupo –SH pertencente a este grupo
prostético é o local de ligação do grupo
malonilo (a CoA é libertada) durante a
síntese,
através
da
malonil-CoA-ACP
transferase.
SÍNTESE DOS ÁCIDOS
GORDOS
• Por cada ciclo de condensação redução, ocorrem 4 reacções
diferentes:
 1ª reacção – Condensação
 2ª reacção – Redução do grupo carbonilo
 3ª reacção – Desidratação
 4ª reacção – Redução da ligação dupla
SÍNTESE DOS ÁCIDOS
GORDOS
• 1ª reacção – Condensação
 Catalisada pela β-Cetoacil-ACP sintase(KS)
 O CO2 libertado nesta reacção é o mesmo introduzido na formação de
malonil-CoA a partir do HCO3-
•2ª reacção - Redução do grupo carbonilo
 Catalisada pela β-Cetoacil-ACP redutase(KR)
 Redução do grupo carbonilo em C-3
 Dador de electões: NADPH + H+
• 3ª reacção - Desidratação
 Catalisada pela β-Hidroxiacil-ACP desidratase(HD)
 Elementos constituintes de H2O, removídos dos carbonos C-2 e C-3
 Formação de trans-Δ2-butenoil-ACP
• 4ª Reacção – Redução da ligação dupla
 Catalisada pela Enoil-ACP redutase(ER)
 Ligação dupla de trans-Δ2-butenoil-ACP é reduzida,
formando butiril-ACP
SÍNTESE DOS ÁCIDOS GORDOS
• Um palmitato é libertado do ACP, após sete ciclos de
condensação e redução. Os últimos 2 carbonos(C-16 e
C-15 do palmitato), são derivados do acetil-CoA e os
restantes de malonil-CoA. 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 desaturases.
SÍNTESE DOS ÁCIDOS GORDOS
Podemos considerar a reacção geral da síntese do palmitato a partir de acetilCoA 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+
14NADP+ + 6H2O
Palmitato + 7CO2 + 8CoA +
• Resultado geral do processo:
8 Acetil-CoA + 7ATP + 14NADPH + 14H+
+ 6H2O
Palmitato + 8CoA + 7ADP + 7Pi + 14NADP+
SÍNTESE DOS ÁCIDOS GORDOS
- Alongamento
• Palmitato é o percursor de ácidos gordos de cadeias mais
longas, podendo estas ser saturadas(Estearato 18:0), ou
monoinsaturadas(Palmitoleato 16:1, Oleato 18:1).
• 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
essênciais na dieta.
SÍNTESE DOS ÁCIDOS GORDOS
- Alongamento
• Sistemas de alongamento de ácidos gordos, permitem a adição de grupos acetil ao
palmitato, formando assim ácidos gordos de cadeias mais longas. 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.
• O processo de alongamento é idêntico ao processo de formação do palmitol, ocorrendo as
seguintes reacções:
 Doação de dois átomos de carbono pelo malonil-CoA
 Redução
 Desidratação
 Redução para o produto saturado
SÍNTESE DOS ÁCIDOS GORDOS
- Dessaturação
• O palmitato e o estearato são percursores 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 são capazes de criar ligações duplas nos ácidos gordos, entre o
carbono C-10 e o grupo terminal metilo.
• No processo de redução, 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.
Síntese de Acilgliceróis
Ácidos gordos sintetizados ou ingeridos pelo organismo
Incorporados em
triacilgliceróis
Incorporados em componentes
fosfolípidicas membranares
A repartição entre essas duas alternativas irá depender das
necessidades correntes do organismo.
Nos tecidos animais os triacilglicerois e os fosfolípidos têm 2 precursores
comuns: acilos-CoA e L-glicerol 3-fosfato:
Formados a partir de ácidos gordos
por acção de acil-CoA-sintetases
(lembrar a activação na β -oxidação)
Primeiro passo da biossíntese de triacilglicerol:
Biossíntese do diacilglicerol 3-fosfato
(ácido fosfatídico) - Composto central do
metabolismo lipídico
Reacções de acilação;
•R1 geralmente saturado
•R2 geralmente insaturado
Pode ser convertido quer em
triacilglicerol, quer em glicerofosfolípidos
Síntese do triacilglicerol a partir do ácido
fosfatídico:
•Ácido fosfatídico é hidrolisado por uma fosfatase
específica, originando um diacilglicerol;
•O diacilglicerol é acilado a triacilglicerol
(diacilglicerol-acil-transferase);
fosfatase + diacilglicerol-acil-transferase : Complexo
triacilglicerol-sintase
Regulação hormonal da biossíntese
dos triacilgliceróis
A taxa da síntese de triacilgliceróis é profundamente alterada pela acção
de determinadas hormonas:
•Insulina;
•Glicagina;
•Adrenalina(epinefrina).
Modificação covalente ( por desfosforilação hormonodependente);
•Insulina:
•Promove a conversão de Carbohidratos e
proteínas da dieta em triacilgliceróis
(insulina vai provocar uma
desfosforilação da enzima acetil-CoA
carboxilase, na sua forma activada a
acetil-CoA carboxilase polimeriza-se em
longos filamentos).
•Diabetes (quando incontrolada) resulta
numa diminuição da síntese de ácidos
gordos e o aparecimento do acetyl-CoA do
catabolismo proteíco e dos glícidos é
desviado para a produção de corpos
cetónicos.
Glicagina e adrenalina:
•Efeitos contrários aos da insulina: Promovem a mobilização de ácidos gordos
e reduzem o uso de glicose como combustível -inibem a glicólise (glicemia) .
(situações de jejum e exercício físico prolongado)
A fosforilação, provocada pelas hormonas epinefrina e glicagina,
inactiva a enzima e reduz a sua capacidade à activação pelo citrato,
retardando assim a síntese de ácidos gordos; a fosforilação é
acompanhada pela sua dissociação em subunidades monoméricas e
pela consequente perda de actividade.
Regulação não hormonal da
Lipogénese
•Palmitoil-CoA;
•Citrato;
•Malonil-CoA;
•Expressão genética;
•[NADPH]/[NADP+].
•Palmitoil-CoA;
•Principal produto da síntese de ácidos gordos (inibidor alostérica da enzima
acetil –CoA carboxilase);
•Citrato :
•O citrato tem um papel muito
importante no metabolismo
celular na medida que impede que
o combustível metabólico seja
consumido.
[acetil-CoA] e [ATP]
mitocondriais
•Precursor acetil-CoA citosólico;
•Activador alostérico, que actua na acetil-CoA
carboxilase, aumentando Vmax;
•Inibe a actividade da fosfofrutocinase-1,
diminuindo o fluxo de carbonos através da
glicólise.
•Malonil-CoA:
•(Inibição alostérica da carnitina aciltransferase I)
Se a síntese de ácidos gordos e a β-oxidação se dessem ao mesmo tempo, os 2
processos constituiriam um ciclo fútil, perda de energia.
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.
•Expressão genética:
•Quando ingerimos excesso de ácidos gordos insaturados a expressão dos genes que
codificam muitas enzimas lipogénicas no fígado é suprimida;
•[NADPH]/[NADP+]:
[NADPH]/[NADP+] promovem um forte
ambiente redutor, favorecendo a síntese de ácidos
gordos (e outras biomoléculas);
Nessas 2 vias a produção de NADPH promove a
síntese lípidica:
- Desidrogenases da via das fosfopentoses
(principal fonte de
fornecimento);
-
Enzima málica;
- Isocitrato desidrogenase.
Insulina
Citrato
ATP
(+)
Acetil- CoA
Malonil- CoA
(-)
HCO3-
Oxaloacetato
ADP+Pi
Glicagina
Epinefrina
Palmitoil -CoA
Síntese
dos
Glicerolípidos
e
Esfingolípidos
Introdução
-Glicerofosfolípidos (fosfolípidos);
-Esfingolípidos (fosfolípidos ou glicolípidos).
Podem ser formadas diferentes espécies de fosfolípidos por
combinação dos diferentes ácidos gordos e grupos polares da
cabeça com o glicerol ou a esfingosina;
Introdução
Vias de biossíntese de fosfolípidos (passos padrão):
(1) a 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.
Local: superfície do retículo endoplasmático liso e na
membrana interna das mitocôndrias
Formação do ácido
fosfatídico
 Passos 1 e 2:
- comuns à via dos triacilglicerois:
dois àcidos gordos são esterificados
no C-1 e C-2 do L-glicerol 3-fosfato
Normalmente o ácido gordo no:
-C-1 é saturado
-C-2 é insaturado
Ligação da cabeça polar
(3º Passo)
 Ligação fosfodiester
- cada um dos dois grupos
hidroxilo (um da cabeça
polar e outro do C-3 do
glicerol) formam uma ligação
éster com ácido fosfórico
Ligação da cabeça polar
(3º Passo)
 2 estratégias para formação da ligação fosfodiester :
Sintese de fosfolípidos pela E. Coli (CDPdiacilglicerol – 1ª estratégia)
• Síntese da fosfatidilserina e
fosfatidilglicerol por um ataque nucleofilo
pelos grupos hidroxilo da serina e do
glicerol 3-fosfato, respectivamente;
• Podem servir como precursores de
outros lípidos da membrana das bactérias,
como por exemplo:
-fosfatidiletanolamina
(descarboxilação da fosfatidilserina);
-cardiolipina (junção de duas
moléculas do fosfatidilglicerol)
Síntese de fosfolípidos aniónicos nos
eucariotas
(CDP-diacilglicerol – 1ª estratégia)

Fosfolípidos aniónicos
Síntese de fosfolípidos aniónicos nos eucariotas
(CDP-diacilglicerol – 1ª estratégia)
 Fosfatidilglicerol = bactérias
 Cardiolipina - difere
ligeiramente: o fosfatidilglicerol
condensa-se com o CDPdiacilglicerol e não com outra
molécula de fosfatidilglicerol
como na E. coli
 Fosfatidilinositol - condensação
de CDP- diacilglicerol com
inositol
Síntese de fosfatidilserina,
fosfatidiletanolamina e
fosfatidilcolina nos eucariotas
 Leveduras:
- podem produzir fosfatidilserina pela
condensação de CDP-diacilglicerol e
serina;
- produzem a fosfatidiletanolamina por
descarboxilação da fosfatidilserina;
-a fosfatidiletanolamina pode ser
convertida em fosfatidilcolina pela
adição de três grupos metilo a seu
grupo amino
Síntese de fosfatidilserina,
fosfatidiletanolamina e
fosfatidilcolina nos eucariotas
 Mamíferos:
- a fosfatidilserina é sintetizadada a
partir da a fosfatidiletanolamina por
uma reacção de troca de cabeças;
- a fosfatidiletanolamina e a
fosfatidilcolina são sintetizadas pela
estratégia 2 a partir da etanolamina e
colina, respectivamente
- apenas no fígado a fosfatidilcolina
pode também ser produzida pela
metilação da fosfatidiletanolamina
Síntese de fosfatidilserina,
fosfatidiletanolamina e fosfatidilcolina
Biossíntese dos Esfingolípidos
 4 etapas:
(1) síntese de uma amina de 18 carbonos, a esfinganina, a partir do
palmitoyl-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 cerebrósido ou uma esfingomielina
Biossíntese dos Esfingolípidos