Biossíntese dos lípidos

Apresentação em tema: "Biossíntese dos lípidos"— Transcrição da apresentação:

1 Biossíntese dos lípidos
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

2 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).

3 Transporte dos grupos acetilo através da membrana interna mitocondrial é realizada pelo citrato à custa de ATP; citrato sintetase; citrato liase;

4 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.

5 Acetil-CoA carboxilase:
sítio alostérico Sítio de fixação da biotina transcarboxilase biotina

6 SÍNTESE DOS ÁCIDOS GORDOS – Formação de Malonil-CoA
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 acetil-CoA, produzindo o malonil-CoA.

7 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.

8 SÍNTESE DOS ÁCIDOS GORDOS - Complexo multienzimático
Yeast – levedura - Complexo : Associação de diferentes enzimas, ligadas covalentemente, constituem uma única proteina multifuncional, acontece em mts eucariotas esse tipo de associação, e tem a vantagem de permitir a coordenação mais rápida e eficaz das várias sinteses enzimáticas;

9 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

10 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.

11 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

12 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 Qual o objectivo por parte da célula, de adicionar CO2 na formação de malonil-CoA se irá libertar este durante a formação do acetoacetato? Este processo dá-se de modo a obter 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.

13

14 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. Ácidos gordos insaturados ou de cadeia mais longa são produzidos a partir do ácido palmítico por acção de elongases e dessaturases.

15 SÍNTESE DOS ÁCIDOS GORDOS
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 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

16 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. Araquidonato é um precursor essêncial de lípidos reguladores, os ecosanóides

17 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 Ácido linoleico e linolênico são essenciais – não são síntetisados pelo nosso organismo

18 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.

19 Síntese de Acilgliceróis
Ácidos gordos sintetizados ou ingeridos pelo organismo Incorporados em componentes fosfolípidicas membranares Incorporados em triacilgliceróis A repartição entre essas duas alternativas irá depender das necessidades correntes do organismo.

20 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)

21 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

22 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

23 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 hormono-dependente);

24 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.

25 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.

26 Regulação não hormonal da Lipogénese
Palmitoil-CoA; Citrato; Malonil-CoA; Expressão genética; [NADPH]/[NADP+].

27 Palmitoil-CoA; Principal produto da síntese de ácidos gordos (inibidor alostérica da enzima acetil –CoA carboxilase);

28 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.

29 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.

30 Expressão genética: Quando ingerimos excesso de ácidos gordos insaturados a expressão dos genes que codificam muitas enzimas lipogénicas no fígado é suprimida;

31 [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.

32 Insulina ATP ADP+Pi Acetil- CoA Malonil- CoA HCO3- (-) (+) Citrato Oxaloacetato Palmitoil -CoA Glicagina Epinefrina

33 Síntese dos Glicerolípidos e Esfingolípidos

34 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;

35 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

36 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

37 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

38 Ligação da cabeça polar (3º Passo)
2 estratégias para formação da ligação fosfodiester :

39 Sintese de fosfolípidos pela E
Sintese de fosfolípidos pela E. Coli (CDP-diacilglicerol – 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)

40 Síntese de fosfolípidos aniónicos nos eucariotas (CDP-diacilglicerol – 1ª estratégia)

41 Síntese de fosfolípidos aniónicos nos eucariotas (CDP-diacilglicerol – 1ª estratégia)
Fosfatidilglicerol = bactérias Cardiolipina - difere ligeiramente: o fosfatidilglicerol condensa-se com o CDP-diacilglicerol e não com outra molécula de fosfatidilglicerol como na E. coli Fosfatidilinositol - condensação de CDP- diacilglicerol com inositol

42 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

43 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

44 Síntese de fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina e fosfatidilcolina

45 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

46 Biossíntese dos Esfingolípidos