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12/11/2014
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Curso: Cincias Biolgicas
Prof. Jeandre Augusto Jaques
Os lipdeos so a principal forma de armazenar energia na maioria dos organismos e os principais constituintes das membranas celulares.
Atuam como pigmentos, cofatores, transportadores, hormnios, mensageiros extracelulares e intracelulares e ncoras para protenas de membrana.
A capacidade de sintetizar uma variedade de lipdeos essencial para todos os organismos.
Unidade I Digesto, mobilizao e transporte de gorduras;
Unidade II Catabolismo de lipdeos (liplise);
Unidade III Anabolismo de lipdeos (lipognese).
6. Biossntese de cidos graxos;
7. Biossntese de triacilgliceris;
A biossntese e a degradao dos AG:
Diferentes vias;
Diferentes grupos de enzimas;
Localizao celular distinta.
O que necessrio para a biossntese?
Malonil-CoA + Acetil-CoA
Enzima AGS
NADPH
A biossntese requer a participao de um intermedirio de trs carbonos, o malonil-CoA, que no est envolvido na degradao dos cidos graxos.
(Malonil-CoA)
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A formao de malonil-CoA a partir de acetil-CoA um processo irreversvel, catalisado pela acetil-CoA-carboxilase.
Ocorre o gasto de 1 ATP para tornar o processo termodinamicamente favorvel.
A enzima contm um grupo prosttico, a biotina.
ENTRA
As cadeias de carbono dos AG so construdas por uma sequncia de reaes repetitivas:
4 etapas AGS.
O grupamento acila saturado, produzido em cada srie de reaes em quatro etapas, torna-se o substrato da condensao subsequente com um grupo malonila ativado.
Em cada uma das passagens atravs do ciclo, a cadeia do grupo acila graxo aumenta em dois carbonos.
OXIDAO
BIOSSNTESE
Cofator transportador de eltrons
NADH FADH2
NADPH
Grupo ativador
Grupo tiol (-SH) da Coenzima A
(CoA)
Dois grupos SH ligados enzima:
-SH da ACP -SH de um resduo de cys
Quando o comprimento da cadeia atinge16 carbonos, este produto (palmitato, 16:0) deixa o ciclo.
Os carbonos C-16 e C-15 do palmitato so derivados dos tomos de carbono dos grupos metil e carboxil, respectivamente, de uma acetil-CoA utilizada diretamente para iniciar o sistema.
Os outros tomos de carbono da cadeia so originados da acetil-CoA via malonil-CoA.
A sntese dos AG catalisada por um sistema coletivamente conhecido como cido graxo-sintase (presente no citoplasma).
Com o sistema multienzimtico AGS I, a sntese dos AG leva a um nico produto, e no so liberados intermedirios.
AGS I de mamfero (suno) e de fungo (Thermomyces lanuginosus)
A AGS I consiste de mltiplos stios ativos
Os mltiplos domnios da enzima AGS I de mamferos atuam como enzimas distintas, porm ligadas.
O stio ativo de cada enzima encontrado em diferentes domnios dentro do polipeptdeo maior.
Ao longo do processo de sntese dos AG, os intermedirios permanecem covalentemente ligados como tiosteres a um de dois grupos tiol.
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Um produto de ligao o grupo SH de um resduo de cistena (Cys) em um dos domnios.
O outro ponto de ligao o grupo SH da ACP (protena transportadora de grupos acila), um domnio distinto do mesmo polipeptdeo.
ACP = acil carrier protein.
ACP - mantm o sistema unido; atua como um brao flexvel, segurando a cadeia acila do AG em crescimento unida superfcie do complexo da AGS enquanto transporta os intermedirios da reao do stio ativo de uma enzima para a prxima.
A AGS I recebe grupos acetil e malonila
1 passo da biossntese: carregar os grupos SH
-SH da cys + grupo acetila (C-C)
-SH da ACP + grupo malonila (C-C-C)
Primeira reao
O grupo acetila da acetil-CoA transferido para a protena ACP e, ento, transferido para o grupo SH da cistena (Cys) em outro domnio da enzima.
Acetil-CoA acetila + CoA acetil-ACP acetil-SH (Cys)
Segunda reao
Transferncia do grupo malonila da malonil-CoA para o grupo SH da ACP.
Malonil-CoA malonila + CoA malonil-ACP
1 reao - condensao
Grupo acetil + grupo malonila ativados
acetoacetil-ACP
liberao do CO2
Enzima:
-cetoacil-ACP-sintase
SAI
O grupamento acetil transferido do grupo SH da
cys para o grupo malonila ligado ao grupo SH da
ACP, tornando-se a unidade de dois carbonos
metil-terminal do novo grupo acetoacetila.
O CO2 formado nesta reao o mesmo carbono
originalmente introduzido na malonil-CoA a partir
do HCO3- pela reao da acetil-CoA-carboxilase.
SAI
Assim, a ligao
covalente do CO2
durante a biossntese
dos AG apenas
transitria.
Por que as clulas tm o trabalho de adicionar CO2 para formar o grupo malonila a partir do grupo acetil, apenas para perder o CO2 durante a formao de acetoacetato?
Na -oxidao, a clivagem da ligao entre dois grupos acila (clivagem da unidade acetil da cadeia acila) altamente exergnica.
Na biossntese, a condensao de dois grupos acila (2 acetil-CoA) altamente endergnica.
O uso de grupos malonila ativados ao invs de grupos acetil o que torna as reaes de condensao termodinamicamente favorveis.
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Na 1 reao de sntese, o acoplamento da condensao descarboxilao do grupo malonila torna o processo global altamente exergnico.
Desta forma, atravs do uso de grupos malonila ativados na sntese dos AG e de acetato ativado em sua degradao, a clula torna os dois processos termodinamicamente favorveis, apesar de um ser efetivamente o inverso do outro.
A energia extra necessria para tornar a sntese dos AG favorvel fornecida pelo ATP utilizado na sntese de malonil-CoA a partir de acetil-CoA e HCO3.
2 reao reduo do grupo carbonil
A acetoacetil-ACP formada na etapa de condensao sofre agora reduo do grupo carbonil em C-3, formando D--hidroxibutiril-ACP.
Essa reao catalisada pela -cetoacil-ACP-redutase e o doador de eltrons o NADPH.
3 reao - desidratao
Os elementos da gua so agora removidos dos carbonos C-2 e C-3 da D--hidroxibutiril-ACP, formando uma ligao dupla no produto, trans-2-butenoil-ACP.
A enzima que catalisa essa desidratao a -hidroxiacil-ACP-desidratase.
4 reao reduo da ligao dupla
Finalmente, a ligao dupla da trans-2-butenoil-ACP reduzida (saturada), formando butiril-ACP pela ao da enzima enoil-ACP-redutase.
O doador de eltrons o NADPH.
Adio de dois carbonos a uma cadeia acil graxo em
crescimento: uma sequncia de 4 etapas. Cada grupo
malonila e acetil (ou acilas maiores) ativado por um
tioster que os une AGS. (1) A condensao de um
grupo acila ativado (um grupo da acetil-CoA o
primeiro grupo acila) e dois carbonos derivados da
malonil-CoA, com a eliminao de CO2 do grupo
malonila, alonga a cadeia acila em dois carbonos. Este
mecanismo est mostrado para ilustrar o papel da
descarboxilao em facilitar a condensao. O produto
-cetnico dessa condensao , ento, reduzido em
3 etapas subsequentes praticamente idnticas s
reaes de -oxidao, mas na sequncia inversa; (2)
o grupo -cetnico reduzido a um lcool;
Adio de dois carbonos a uma cadeia acil graxo
em crescimento: uma sequncia de 4 etapas. (3) a
eliminao de H2O cria uma ligao dupla, e (4) a
ligao dupla reduzida formando o grupo acil
graxo saturado correspondente.
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Concluso da 1 rodada
Grupo acil-ACP saturada com 4 C
Prximo passo: 2 rodada
Transferncia para o SH da cys
Grupo malonila para o SH da ACP
Novo ciclo!
Aps 7 ciclos de condensao e reduo
Palmitato
Na etapa de condensao, todo o grupo butirila ligado ao
SH da Cys trocado pelo grupo carboxil do resduo de
malonila, que perdida como CO2 (em verde). O produto,
um grupo -cetoacila de seis carbonos, contm agora quatro
carbonos derivados da malonil-CoA e dois derivados da
acetil-CoA que iniciou a reao. O grupo -cetoacila passa
pelas etapas (2) a (4) reduo, desidratao e reduo.
Incio da 2 rodada do ciclo da sntese dos AG
A biossntese dos AG, como o palmitato, requer
fornecimento de energia qumica de duas formas
1 ATP
Para ligar o CO2 acetil-CoA, formando malonil-CoA.
2 NADPH
Reduo de ligaes duplas.
CUSTO ADICIONAL
Acetil-CoA Acetil-CoA
(Mitocndria) (Citoplasma)
*3 ATPs por unidade de 2 carbonos!
+2 ATP
A cadeia acil graxo cresce em unidades de dois carbonos doadas pelo
malonato ativado, com perda de CO2 a cada adio. O grupo acetil inicial est
sombreado em amarelo, C-1 e C-2 do malonato esto sombreados em rosa, e
o carbono liberado como CO--2 est sombreado em verde. Aps a adio de
cada unidade de dois carbonos, redues convertem a cadeia em crescimento
em cido graxo saturado de quatro, seis e em seguida, oito carbonos, e assim
por diante. O produto final o palmitato (16:0)
O processo global da sntese do palmitato
HEPATCITOS (citosol)
A relao [NADH]/NAD+]
A relao [NADPH]/[NADP+] ~ 75
HEPATCITOS (mitocndria)
A relao [NADH]/NAD+]
Qual a origem do NADPH ?
Produo de NADPH. 2 vias para a produo de NADPH: (a) enzima mlica e (b) a via das pentoses-fosfato.
Piruvato
Aminocidos Acetil-CoA
cidos graxos
Acetil-CoA (Citoplasma)
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Lanadeira para a transferncia de grupos acetil da mitocndria para o citosol
O ciclo consome 2 ATPs para cada molcula de acetil-CoA entregue para a sntese de AG!
Lanadeira para a transferncia de grupos acetil da mitocndria para o
citosol. A membrana mitocondrial externa livremente permevel a todos
esses compostos. O piruvato derivado do catabolismo dos aminocidos na
matriz mitocondrial ou da glicose por gliclise no citosol convertido em
acetil-CoA na matriz. Os grupos acetil saem da mitocndria como citrato; no
citosol, eles so liberados na forma de acetil-CoA para a sntese dos AG. O
oxaloacetato reduzido a malato, que pode retornar matriz mitocondrial,
onde convertido em oxaloacetato. O principal destino do malato citoslico
a oxidao pela enzima mlica, gerando NADPH citoslico; o piruvato
produzido retorna matriz mitocondrial.
Combustvel Necessidades energticas
Excesso AG TAG
Acetil-CoA-carboxilase Etapa limitante
Ponto de regulao Regulao da sntese doa AGs. Nas clulas de
vertebrados, tanto a regulao alostrica como
a modificao covalente dependente de
hormnios influenciam o fluxo dos
precursores para a formao de malonil-CoA.
Nos vegetais, a acetil-CoA-carboxilase
ativada pelas variaes na [Mg2+] e no pH que
acompanham a iluminao.
Regulao alostrica
Palmitoil-CoA
Regulao covalente
Regulao coordenada da sntese e da degradao dos AG. Duas enzimas so essenciais na coordenao do
metabolismo dos cidos graxos: a acetil-CoA-carboxilase (ACC), a primeira enzima na sntese dos AG, e a carnitina-
acil-transferase I, que limita o transporte de AG para dentro da matriz mitocondrial para a -oxidao. A ingesto de
uma dieta rica em carboidratos aumenta o nvel de glicose no sangue e, portanto, (1) ativa a liberao de insulina.
(2) A protena-fosfatase dependente de insulina desfosforila a ACC, ativando-a. (3) A ACC catalisa a formao de
malonil-CoA ( o primeiro intermedirio da sntese de AG), e (4) a malonil-CoA inibe a carnitina-acil-transferase I,
impedindo assim a entrada de AG na matriz mitocondrial. Quando os nveis de glicose no sangue baixam entre as
refeies, (5) a liberao de glucagon ativa a protena-cinase dependente de AMPc (PKA) que (6) fosforila e inativa a
ACC. A concentrao de malonil-CoA baixa, a inibio da entrada de AG na matriz mitocondrial aliviada, e (7) os
AG entram na matriz mitocondrial e (8) tornam-se o principal combustvel.
A maior parte dos AG sintetizados ou ingeridos por um organismo possui um de dois destinos:
A incorporao em fosfolipdeos de membrana.
A incorporao em triacilgliceris (TAG) para o armazenamento de energia metablica.
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Fosfolipdeos:
Durante o crescimento rpido
Sntese de novas membranas
Triacilgliceris:
Suprimento abundante de alimento
Fase de crescimento
O destino dos AG ... necessidades momentneas?
Acil-CoA-sintetases Acil graxo-CoA (ativao na -oxidao)
Glicerol-3-P-desidrogenase Glicerol-3-P (Diidroxiacetona-P + NADH)
Glicerol-cinase (Glicerol)
Biossntese do cido fosfatdico
Glicerol-3-P
+
Acil graxo-CoA
O cido fosfatdico na biossntese
de lipdios