Download - Lipide-2
-
Metabolismul TRIACILGLICEROLILOR
(catabolism i anabolism)
1
-
Metabolismul TRIACILGLICEROLILOR
Triacilglicerolii (trigliceridele, TG) ca form de depozitare a excesului caloric al organismului se gsesc n cantiti apreciabile n esutul adipos;
Un adult normal (brbat de 40 de ani i 70 kg) cuprinde 15 kg esut adipos;
n transportul TG ntre diverse esuturi ale organismului, distingem dou mari fluxuri plasmatice:
1. circulaia TG alimentare, exogene, de la intestin n restul organismului, prin intermediul chilomicronilor
2. circulaia TG de origine endogen de la ficat la esuturi extrahepatice, prin intermediul lipoproteinelor VLDL
2
-
3n starea post-prandial (fed state)
n inaniie (fasting)
Metabolismul triacilglicerolilor
TG = triacilgliceroli;2-MG = 2-monoacilgliceroli; FA = acizi grai (fatty acids); TG ncercuite = triacilglicerolii din lipoproteinele VLDL i chilomicroni; LPL = lipoprotein lipaza prezent la suprafaa endoteliului capilarelor sangvine din esutul adipos i muscular.
-
Nivelurile sczute de glucoz n snge induc eliberarea de glucagon,
1) hormonul se leag de receptorul specific, situat pe membrana adipocitului i
2) stimuleaz adenilat ciclaza (prin intermediul unei proteine G), cu formarea AMPc. Acesta va activa protein kinaza A (PKA), care
3) va fosforila lipaza hormon sensibil (Hormone-sensitive lipase) i
4) moleculele de perilipin (protein situat pe suprafaa picturilor lipidice). Fosforilarea perilipinei permite accesul lipazei hormon sensibil (HSL) la suprafaa acestor picturi lipidice unde
5) hidrolizeaz triacilglicerolii la acizi grai liberi (i glicerol);
6) Acizii grai liberi prsesc adipocitul, intr n circulaia sangvin, fiind transportai de albumina seric,
7) sunt eliberai la nivelul miocitului i ptrund prin intermediul unui transportor specific
8) n miocit acizii grai liberi sunt oxidai la CO2 iar energia este conservat n ATP, utilizat n contracia muscular i n alte ci metabolice miocitare.
Mobilizarea triacilglicerolilor de rezerv din esutul adipos
-
CATABOLISMUL TRIACILGLICEROLILOR
TRIACILGLICEROLI
lipaze intracelulareH2O
glicerol
(glicerin) + acizi grai
apar n hialoplasm
I. Metabolismul gliceroluluiII. Metabolizarea (degradarea) acizilor grai
5
lipaza hormon sensibil (Hormone-sensitive lipase)
FICAT
MUCHI SCHELETIC MIOCARD
-
I. METABOLISMUL GLICEROLULUI
II. METABOLIZAREA ACIZILOR GRAI
MECANISME oxidarea (beta, alfa, omega)Knoop, Lynen, Lehninger, Green
OH OH OH
CH2OH
HC
CH2OH
+ ATP
CH2OH
HC
PCH2 O
glicerol-3-fosfatglicerol
NAD NADH2+ CH2OH
C
GLICOLIZ
glicerol 3-fosfatdehidrogenaza
O
PCH2 O
HC O
PCH2 O
HCizomeraze
6
Glicerolkinaz
ADP
sau GLUCONEOGENEZ
Dihidroxiaceton fosfat (DHAP)
Gliceraldehid-3-fosfat (GA-3-P)
FICAT
MUCHI SCHELETIC MIOCARD
-
Premisele descoperirii mecanismului oxidrii acizilor grai
Aceast ipotez se baza pe faptul c, n urina diabeticilor, n organismul crora acizii grai sunt incomplet oxidai, apar acidul -hidroxibutiric i acidul acetilacetic(corpi cetonici), acizi cu numr par de atomi de carbon i oxidai n poziia .
Cercetrile efectuate cu izotopi marcai: teoria -oxidrii (F. Knoop)
A.L. Lehninger a demonstrat participarea ATP-ului la procesul de -oxidare i faptul c oxidarea acizilor grai are loc exclusiv n mitocondrii.
Ulterior, pe baza lucrrilor lui F. Lynen, D.E. Green, S. Ochoa, care printre altele, au pus n eviden participarea coenzimei A n procesul de oxidare a acizilor grai, s-a putut elabora teoria modern a -oxidrii care lmurete principalele verigi ale acestui proces complex.
7
(1875-1946)
La nceputul secolului trecut (1904) Franz Knoop, a sugerat ideea c acizii grai se degradeaz prin cedarea succesiv a unor fragmente de doi atomi de carbon, n urma unui proces de oxidare care ar avea loc la nivelul carbonului n raport cu gruparea carboxil.
-
Etapele oxidrii :
1. ACTIVAREA ACIZILOR GRAI n citoplasm
R-C ~ SCoA
O
+ AMP PPi+R-COOH + ATP + HSCoA
2 ETAPE
2. TRAVERSAREA ACIZILOR GRAI PRIN MEMBRANA MITOCONDRIALTransportor CARNITINA
R C
O
N+
CH2
CH CH2
COOH
OH
CH3
CH3
CH3
N+
CH2
CH CH2
O
CH3
CH3
CH3
C
O
R
COOH
~SCoA + Carnitina (acid 3-hidroxi-4-amino
butiric N-trimetilat)Acil-Coenzima A
Transferaz
Acil-carnitina
8
Carnitin palmitoil transferaze (CPT) I i II
Muchi scheleticMiocard
Acil-CoAsintetaza
Acil Coenzima A
HSCoA
-
Muchi scheleticMiocard
CITOSOL
MATRIX MITOCONDRIAL
Carnitina este implicat direct transportul acizilor grai la nivelul membranei interne mitocondriale
membranamitocondrial
extern
membranamitocondrial
inten
9
Carnitin palmitoil transferaze (CPT) I i II
CPT I
CPT II
-
OO
O
O
O
acil ~ SCoA (acid gras activat)
acil ~ SCoA
dehidrogenaza
FAD
FADH2
H
H
R C C
O
C ~ SCoA
C ~ SCoA
acil nesaturat SCoA
(trans)
R-CH2-CH2-
R CH CH2 C ~ SCoA
OH
hidrataz specificH2O
L-hidroxiacil ~ SCoA
hidroxiacildehidrogenaza
NAD
NADH2
+
R C CH2 C ~ SCoA cetoacil~SCoA
2ATP
3ATP
3. ETAPELE DE OXIDARE PROPRIU-ZIS (-oxidarea acizilor grai saturai, cu numr par de atomi de carbon)
10
Muchi scheleticMiocard
intramitocondrial
-
OO
O O
R C CH2 C ~ SCoA cetoacil~SCoA
tiolaza (cetotiolaza) scindare tiolitic
HSCoA
R' C ~ SCoA C ~ SCoACH3CICLUL
KREBS
11
Acil ~SCoA cu 2 atomi de
carbon mai puin
Se reia oxidarea !Procesul este repetitiv !
poate fi ilustrat sub forma unei spiraleO spir = 2 atomi de carbon (acizii grai sunt cu nr. pari de atomi de carbon!!) Ieirea Acetil-CoA marcheaza sfritul unei spire
Exemplu: acidul pamitic
CH3-(CH2)14-COOH
-
R C3
C2
CH H
H H
O
R C3 C 2
C
H
H
O
R C3
C2
COH H
H H
O
R C3 C
2
C
O
H H
O
R C 3
O
R C 3
O
C2
C
H
O
H
H
~ SCoA
Acil~SCoA
~ SCoA
2,3 Transenoil~SCoA
~ SCoA
L--hidroxiacil~SCoA
~ SCoA
-cetoacil ~SCoA
~ SCoA
Acil~SCoA
~ SCoA
Acil~SCoAdehidrogenaza
Enoilhidrataza
L--hidroxiacil~SCoAdehidrogenaza
Tiolaza (cetoliza)scindare tiolitic
FAD
FADH2
H2O
NAD+NADH+H+
HS-CoA
~ SCoA
Acetil ~SCoA
R = H(CH2-CH2)n
Procesul de oxidare a acizilor grai saturai (spirala Lynen)12
Spira 1
Spira 2
-
Bilanul energetic al -oxidrii acizilor grai
Exemplu: acidul pamiticO
CH3-(CH2)14-COOH acid palmitic
spirala de 7 ori 8 CH3-C ~ SCoA
8 x 12 = 96 ATP1 spir 5ATP
7 35 ATP
96
131 ATP - 1 130 ATP
acid palmitic
13
COOH(CH2)14CH3 + 23 O2 16 CO2 +16 H2O
Acidul palmitic G0' = -9781,2 kJ/mol (-2340 kcal/mol)
Randamentul procesului:
2340 kcal 100910 kcal (7 x 130 ATP) 40%
-
14Fat Bears Carry Out -Oxidation in Their Sleep !!
A grizzly bear prepares its hibernation nest, near the McNeil River in Canada.
-
15
-OXIDAREA ACIZILOR GRAI Comentarii
Acizii grai i respectiv triacilglicerolii constituie surse importante deenergie n sistemele biologice, datorit capacitii lor de a se oxidatotal la CO2 i ap eliberndu-se astfel ntreaga cantitate de energiecuprins n molecula lor.
Oxidarea acizilor grai se desfoar intramitocondrial.
Acizii grai cu mai puin de 12 atomi de carbon n molecul potintra n mitocondrii prin difuziune simpl, n mod spontan.
Acizii grai cu mai mult de 14 atomi de carbon, fie c provin din diet,fie c sunt eliberai din esutul adipos, nu pot intra n mitocondrii dectprin intermediul carnitinei.
Beta-oxidarea acizilor grai este principala surs de energie pentrumiocard i pentru muchiul scheletic.
-
16
Ptrunderea moleculelor unui acid gras n mitocondrii parcurge treistadii. Astfel, n primul rnd are loc activarea acidului gras cu HS-CoA peseama energiei furnizate de ATP.
Transportul acidului gras activat prin membrana mitocondrial nu sepoate realiza ca atare i presupune preluarea restului acil de ctrecarnitin; acil-carnitina strbate cu uurin membrana mitocondrial.Procesul este catalizat de carnitin-acil transferaze.
Procesul de transfer este complex i are loc n mai multe etape.La nivelul membranei mitocondriale externe enzima carnitin-palmitoil-transferaza I (CPT I) catalizeaz formarea acil-carnitinei.
Pe membrana intern a mitocondriei este localizat carnitin-palmitoil-transferaza II (CPT II), enzim ce catalizeaz formarea acil~SCoA ninteriorul mitocondriei, unde are loc -oxidarea acizilor grai, cueliberarea de acetil~ScoA.
-
17
Molecula de acil~SCoA rezultat reintr ntr-o nou secven de-oxidare, procesul continundu-se pn la totala transformare a aciduluigras. Procesul nu este ciclic, ci are un mers n spiral (spirala Lynen).
Etapele oxidative propriu-zise se desfoar print-o succesiune de4 reacii catalizate de enzime specifice, i au ca rezultat ruperea unuifragment de 2 atomi de carbon de pe molecula de acid gras activat(acil gras~SCoA), sub form de Acetil-SCoA.Procesul este de fapt o dehidrogenare localizat la atomii de carbon i din stuctura acil gras~SCoA .Deci rezult o molecul de acil~SCoA, n care restul acil este cu 2 atomide carbon mai scurt dect cel de la care s-a pornit.
La aceste reacii particip n calitate de cofactori FAD, NAD+ i HSCoA.FADH2 i NADH2 formate n urma proceselor de dehidrogenare intr nlanul respirator.
-
18
CH3
CH3
C
H
C
H
C
O
QH2
Q
C
H
C
H
C
OH
H
(CH2)n
Acil gras~SCoA
(CH2)n ~ SCoA
trans-2-Enoil ~SCoA
acil~SCoA
dehidrogenaza
FAD
FADH2 ETFox
ETFredETF:ubichinon
oxidoreductazaox
ETF:ubichinon
oxidoreductazared
Lantransportor de
electroni
mitocondrial
2ADP
+2Pi 2ATP
~ SCoA
1/2O2H2O
ETF-flavoproteina de transfer a electronilor; QH2 coenzima Q redus,
Q-coenzima Q oxidat
Din mitocondriile esutului hepatic al mamiferelor au fost izolate patru acil gras~SCoA dehidrogenaze flavin-dependente, cu diferite specificiti de
substrat n funcie de lungimea catenelor hidrocarbonate. Acestea catalizeaz prima etap n -oxidarea acizilor grai.
Rolul flavinenzimei acil~SCoA dehidrogenazamitocondrial n cuplarea oxidrii acizilor grai cu
lanul respirator mitocondrial
-
19
Metabolismul gruprilor acetil
Din -oxidarea acizilor grai rezult importante cantiti de acetil-CoA,
care n celul se adaug celor rezultate din metabolismul glucidic sau cel al
aminoacizilor.
Rezult un fond metabolic de acetil-CoA, care poate lua ci diferite de
transformare n funcie de necesitile organismului.
Printre procesele consumatoare de acetil-CoA se pot cita:
Sinteza acidului citric n cadrul ciclului acizilor tricarboxilici
Sinteza acizilor grai
Sinteza colesterolului i a compuilor steroizi (hormoni, acizi biliari,
provitamine D, etc)
Sinteza carotenoidelor
Sinteza fosfatidelor
Sinteza porfirinelor
Sinteza acetil derivailor de tipul acetilglucozaminei, acetilcolinei, etc.
-
Carnitina moduleaz raportul ntre acetil coenzima A i coenzima A
CH3
C
O
CH3
C
OCH
3C
O
CH3
C
O
Membrana mitocondrial extern
Membrana mitocondrial intern
CitoplasmaSpaiul
intermembranar
Matricea
mitocondrial
Carnitina
Carnitin
acetil-transferaza
(CAT)
Carnitin:acilcarnitin
translocaza
Carnitina
~ SCoA
HS-CoA
Carnitina
CarnitinaCarnitinaCarnitina
Beta-oxidarea
acizilor grai
Carnitina
Aciunea carnitin-acetil-transferazei (CAT) la nivel mitocondrial
20
+ HSCoA
Acetil-CoA
Biosintez de acizi grai
-
21
n inaniie (fasting)
Metabolismul triacilglicerolilor n inaniie
- Formarea corpilor cetonici -
Fatty acids = acizi graiKetone bodies = corpi cetonici
gluconeogenez
-
FORMAREA CORPILOR CETONICI
O cale metabolic secundarde transformare a acetil-CoA
CH3
C
O
CH3
C
O
CH3
C
O
CH2
C
O
CH3
C
O
CH3
C
OH
CH2
HOOC CH2 C
O
~SCoA ~SCoA
Acetil~SCo Acetil~SCoA
HS-CoA
~SCoA
Acetoacetil~SCoA
~SCoA
~SCoA
-hidroxi--metilglutaril-CoA (HMG~SCoA)
H2O
+
+
COLESTEROLcale metabolic normal (Citosol)
Acid acetilacetic
Acid -hidroxibutiric
Acetona
HMG-CoA sintetaza
tiolaza
FICAT(Matrixul mitocondrial)
Cetogeneza = necesar (fiziologic) n cantiti mici
(< 3 mg% n snge)
CORPI CETONICI
A
HSCoA
-
CH3
C
OH
CH2
HOOC CH2 C
O
CH3
CO
CH3
C
O
CH2
COOH
CH3
C
O
CH3CH
3CH
OH
CH2
COOH
~SCoA
-hidroxi--metilglutaril-CoA (HMG~SCoA)
Acid mevalonic
COLESTEROL
Scindare
~SCoA
Acid acetilacetic
CO2
Acetona
NADH2
NAD+
Acid -hidroxibutiric
HMG-CoA liaza
-hidroxiButirat-DH
Acetoacetat decarboxilaza
InaniieDIABET
Cetoacidoza sangvin
UrinRespiraie (aer expirat)Piele
-
24
FORMAREA CORPILOR CETONICI-comentarii-
Reprezint o cale secundar de transformare a acetil-CoA, rezultat n special din -oxidare. Se desfoar n matrixul mitocondrial al hepatocitelor.
n mod normal acetil-CoA existent n fondul metabolic este utilizat att pentru obinerea de energie ct i pentru diferite biosinteze, n funcie de necesitile celulei.
Acumularea de acetil-CoA n esuturi conduce la formarea de acetoacetil-CoA i apoi de -hidroxi--metilglutaril-CoA (HMG-CoA este, de asemenea, intermediar n biosinteza colesterolului). O parte din acesta este transformat n ficat n corpi cetonici: acid acetilacetic, acid -hidroxibutiric i aceton.
Din scindarea -metil--hidroxiglutaril-CoA rezult o molecul de acid acetilacetic, care sub aciunea unei -hidroxibutirat dehidrogenaze, cu NADH2 drept coenzim trece nacidul -hidroxibutiric. Prin decarboxilare acidul acetilacetic formeaz acetona.
n anumite condiii diabet sau inaniie (cnd celula nu poate utiliza GLUCOZA pentru producerea de energie, i utilizeaz n special acizii grai) producia hepatic de corpicetonici (cetogeneza) este exacerbat i depeste capacitatea de metabolizare a esuturilor extrahepatice. Are loc o acumulare de corpi cetonici n snge, ceea ceconduce la cetonemie i cetonurie, fenomene foarte caracteristice pentru diabet(cetoacidoza diabetic). Acetona este un compus volatil i se elimin prin aerul expirat, prin piele, i prin urin.
n condiii fiziologice ficatul sintetizeaz circa 200-300 mg corpi cetonici/zi.
-
25
Acidul acetilacetic i acidul beta-hidroxibutiric sunt eliminai de ficat i fiind preluai de esuturile extrahepatice (muchi scheletic, miocard, rinichi) unde sunt metabolizai pentru producerea de energie (sunt convertii napoi la acetoacetil-CoA, ca intermediar al beta-oxidrii!!). Acidul acetilacetic este utilizat i n creier n cursul inaniiei prelungite pe bazaurmtorului mecanism: acidul acetilacetic, n prezena succinil-CoA i sub aciunea uneitioforaze, se transform n acetoacetil-CoA i acid succinic, care intr n ciclul Krebs.Acetoacetil-CoA, n prezena unei molecule de HS-CoA i a enzimei tiolaza, conduce la formareaa dou molecule de acetil-CoA, care intr n fondul metabolic. Aceast modalitate de utilizare a corpilor cetonici implic o bun funcionare a diferitelor etape ale ciclului Krebs.
CH3
C
O
CH2
COOH CH2 C
O
CH2HOOC
CH3
C
O
CH2
C
O
CH2
CH2HOOC COOH
CH3
C
O
+ ~SCoA
Tioforaza
+~SCoAAcetoacetil~SCoA
Acid acetilacetic Succinil~SCoA
Acid succinic
HSCoA
~SCoA
Acetil~SCoA
2 Ciclu Krebs
tiolaza HSCoA
Succinil -CoA acetoacetat CoA transferaza(tioforaza)
-
Formarea corpilor cetonici n FICAT i exportul lor la esuturile extrahepatice: miocard, muchi scheletic, rinichi i creier.
Diabetul netratat i inaniia prelungit ncetinesc ciclul acizilor tricarboxilici, (datorit utilizrii oxalilacetatului pentru gluconeogenez) i intensific transformarea Acetil-CoA n acetoacetat.
Coenzima A (HSCoA) eliberat prin formarea corpilor cetonici permite continuarea oxidrii acizilor grai.
HS
-
Metabolismul substratelor energetice n FICAT n cursul inaniiei prelungite sau a diabetului necontrolat (necompensat)
27
Ci metabolice cu flux redus
Dup depleia glucidelor de rezerv, proteinele devin cea mai important surs de glucoz, rezultat din aminoacizii glucoformatori, prin gluconeogenez (1 4).
Acizii grai importai de la esutul adipos sunt convertii n corpi cetonici i exportai la creier pentru a fi utilizai ca surs de energie (5 8).
-
ANABOLISMUL TRIACILGLICEROLILORsurs endogen de lipide
28
-
29
Biosinteza TG are loc n principal n FICAT i n ESUTUL ADIPOS din acizi graiactivai i glicerol activat:
BIOSINTEZA TRIACILGLICEROLILOR
OOH
CH2
O P OH
OH
O
HS-CoACH
2
CH2
O P
CH2 O
O
O
CH2
O P
CH2
O
O
O
R1 C ~SCoA +
acid gras activat
L-glicerol 3-fosfat
1-monoacil glicerol 3-fosfat
CH CH
CR1
+ R2 C ~SCoA
CH
CR1
1,2 diacil glicerol 3-fosfat
CR2
HO HO
Otriacilgliceroli
(EC:2.3.1.15) Acil~SCoA : L-glicerol 3-fosfat 1-O-aciltransferaza
-
30
A. BIOSINTEZA GLICEROL FOSFATULUIB. BIOSINTEZA ACIZILOR GRAIC. REACIA GLICEROL FOSFATULUI CU ACIZII GRAI ACTIVAI
BIOSINTEZA TRIACILGLICEROLILOR
n ESUTUL ADIPOS, biosinteza TG (lipogeneza) reprezint modalitatea de stocare a excesului caloric, lipidic sau glucidic, al organismului.
- Glicerol fosfatul este obinut din glucoz, din intermediarul glicolitic dihidroxiacetonfosfat (DHAP); - Lipogeneza este dependent de glicemie i insulinemie;- Acizii grai provin din hidroliza TG adipocitare sau din TG exogene aduse de chilomicroni i de VLDL.
FICATUL dispune de o capaciate mare de sintez a TG, dar nu este un organ de depozitare a TG.
- Glicerol fosfatul este obinut att din glucoz ct i prin activarea glicerolului captat din plasm (sub aciunea glicerol kinazei); - Acizii grai provin din sinteza de novo, din glucoz; ficatul este principalul organ de conversie a glucozei n lipide; - TG sunt ncorporate, mpreun cu alte lipide i proteine, n VLDL i secretate n plasm esuturi extrahepatice
-
31
n ESUTUL ADIPOS, glicerol-3 fosfatul provine n cantitate apreciabil din metabolismul glucozei, care n cursul degradrii glicolitice se transform nintermediarul dihidroxiaceton fosfat. Acesta este redus sub aciuneaglicerol-3 fosfat dehidrogenazei, care are drept coenzim NADH2
OPO3H
2
CH2
C
CH2
OH
O
OPO3H
2
CH2
CH
CH2
OH
OH+ NADH + H+ + NAD+
Dihidroxiaceton fosfat L-glicerol-3-fosfat
n FICAT, glicerol-3 fosfatul se mai poate forma i prin fosforilarea glicerolului liber rezultat din hidroliza triacilglicerolilor. Reacia la care particip ATP este catalizat de glicerol kinaz:
OH
CH2
CH
CH2
OH
OH
OPO3H
2
CH2
CH
CH2
OH
OH
Glicerol
+ ATP
L-glicerol-3-fosfat
+ ADP
A. BIOSINTEZA GLICEROL FOSFATULUI
-
Premisele descoperirii mecanismului de biosintez a acizilor grai
S-a pus problema dac biosinteza acizilor grai nu ar putea avea loc printr-un mecanism invers -oxidrii.
Cteva observaii au sugerat ns c probabil biosinteza i degradarea acizilor au mecanisme independente. Astfel :
S-a pus uor n eviden c biosinteza acizilor grai are loc predominant n supernatantul citoplasmatic, n timp ce -oxidarea este un proces mitocondrial;
Biosinteza este considerabil accelerat de prezena citratului; Pentru ca procesul de biosintez s aib loc este indispensabil prezena
CO2 sub form de anion bicarbonat precum i a ATP-ului. Aceast ultim observaie a fost mai greu de neles, pn cnd S.J. Wakil,
Bressler, F. Lynen etc. pun n eviden faptul c n biosinteza acizilor grai precursorul imediat este de fapt malonil~SCoA i nu acetil~SCoA.
Cercetri ample au demonstrat apoi c sinteza de novo a acizilor grai din precursori are loc n fraciunea solubil a citoplasmei i este catalizat de un sistem multienzimatic, denumit acil sintetaz.
32
-
B. BIOSINTEZA DE NOVO A ACIZILOR GRAI
Lynen; Wakil
EXTRAMITOCONDRIAL - HIALOPLASM
ACIL SINTETAZA (ACID GRAS SINTETAZA) = COMPLEX MULTIENZIMATIC
O enzim central - Acyl Carrier Protein ACP
7 Enzime periferice: - 2 transacilaze- o enzim de condensare- dou reductaze- o dehidrataz- o tioesteraz
33
-
CH2
C
CH3
CH3
OCH
OH
CO
NH
CH2
CH2
CO NH CH2
CH2
SH
P O
OH
O
CH2
CH
C
NH
O
Rest de serin (poziia 36)
Lan polipeptidic al ACP (77 aminoacizi)
Structura proteinei care transport grupri acil (Acyl Carrier Protein, HS-ACP) cofactor complex
Acid pantotenic
Cisteamin
34
-
ETAPELE BIOSINTEZEI ACIZILOR GRAI
I. Traversarea membranei mitocondriale de ctre moleculele de acetil ~SCoA
II. Formarea precursorului propriu-zis (malonil~SCoA)
CH3
C
O
~ SCoA + Acid oxalilacetic Acid citric
HS-CoA
CH3
COOH
CH2
COOHOH
CH2
COOH
C
O
~ SCoA+
Acid oxalilacetic
HS-CoA
C
Acid citric
+
ATP+
ADP + Pi
a)
b)
CH3
CH2
HOOCC
O
~ SCoA +
Malonil~SCoAGrupare carboxilic
activat cu biotina
"CO2" + ATP
ADP + Pi
Acetil~SCoA
carboxilaza
C
O
~SCoA
35
starter sau primer
-
III. Intervenia transacilazelor
CH3
CH3
CH2
HOOC CH2HOOC
HSCoA
+ ACP
Acetil ACPtransacilaza
C
O
~ SCoAC
O
~ SACP
C
O
~SCoA
HSCoA
+ ACP
Malonil ACPtransacilaza
C
O
~S ACP
36
Acetil ~ SACP
Malonil ~ SACP
CH2
C
CH3
CH3
OCH
OH
CO
NH
CH2
CH2
CO NH CH2
CH2
SH
P O
OH
O
CH2
CH
C
NH
O
Rest de serin (poziia 36)
Lan polipeptidic al ACP (77 aminoacizi)
HS-ACP
HS-ACP
HS-ACP
-
IV. Condensarea dintre starter i precursor
CH3
CH2
HOOC
CH3
CH3
CH3
CH2
CO2
ACP-SH
C
O
~ SACP +
C
O
~S ACP
Enzim de condensare
HS-EnzC
O
~ -Enzim decondensare
S
C
O
~ -Enzim decondensare
S +
HS-Enzim de condensare
C
O
C
O
~S ACPAcetoacetil~SACP
a)
b)
37
Malonil~SACP
Rmne legat de coenzima central !
-
CH3
CH2
CH3
CH2
CH3
CH
C
O
C
O
~SAcetoacetil~SACP
ACP
NADPH + H+
NADP+
C
OH
C
O
~SACPH
Acetoacetil ACPreductaza
D -- hidroxi butiril ACP
H2O
D -- hidroxi butiril ACPdehidrataza
C C
O
~SACPH1
2 3 4
Trans crotonil ACP38
V. Reducere
VI. Deshidratare
-
CH3
CH
CH2CH2CH3
C C
O
~SACPH
I. ETAP
Butiril ACP
NADPH + H+
NADP+
Enoil reductaza
C
O
~SACP
Se transfer pe enzima de condensare i se condenseaz cu malonil ~SACPSuccesiunea de reacii se reia de 7 ori
La final, se elibereaz acidul palmitic:
(CH2)
14CH3(CH
2)
14CH3H2OC
O
~SACP +Tioesteraza
COOH
HS-ACP
Acid palmitic
BILAN:
CH3 CH2HOOC
(CH2)
14CH3 HSCoA
++CO
~ SCoA CO
~SCoA
+
7 14NADPH + H+
COOH 8 + 14 NADP+ 7+ CO2 6+ H2O39
VII: Reducere
-
Adiia a 2 atomi de carbon la lanul de acil gras: o secven constituit din 4 etape:
Acid gras sintetaza
-cetoacil-ACP sintaza (KS)
-hidroxiacil-ACP dehidrataza (DH)
-ketoacil-ACP reductaza (KR)
enoil-ACP reductaza (ER)
-
ACIL SINTETAZA (ACID GRAS SINTETAZA) = COMPLEX MULTIENZIMATICLan polipeptidic multifuncional 7 lanuri polipeptidice, 7 situsuri pentru reacii diferite, localizate n domenii separate
-cetoacil-ACP sintaza (KS), malonil/acetil-CoAACP transferaza(MAT), -hidroxiacil-ACP dehidrataza (DH), enoil-ACP reductaza (ER), -cetoacil-ACP reductaza (KR),
ACP = acyl carrier protein, (TE) - tioesteraza care elibereaz palmitatul produs de ACP la sfritul sintezei
-
Restul de fosfopantetein de pe molecula de Acyl Carrier Protein (ACP) funcioneaz ca un bra rotitor care deplaseaz ntr-o micare circular intermediariiprocesului de biosintezde la o enzim la alta.Braul preia Acil-ACP i l leag de Malonil-ACP de 7 ori.
-
43
Schema general a biosintezei acidului palmitic
Acid gras sintetaza
-
BIOSINTEZA DE NOVO A ACIZIOR GRAI- Comentarii -
Biosinteza de novo a acizilor grai are loc n hialoplasm, deci extramitocondrial
Din acetil~SCoA i malonil~SCoA, sintetizat prin carboxilarea acetil~SCoA are
loc sinteza acidului palmitic cu participarea unui complex de enzime, denumit
acid gras sintetaza i constituit dintr-o protein central, denumit proteina
purttoare de grupri acil (ACP, Acyl Carrier Protein) nconjurat de 7 enzime
periferice.
Molecula starter sau primer este Acetil~SCoA care se gsete n
mitocondrii, i care trebuie s strbat membrana mitocondrial. Acest proces
are loc fie cu ajutorul acidului citric, fie cu ajutorul carnitinei (n mai mic
msur).
Citratul aadar funcioneaz drept transportor de acetil~SCoA din mitocondrie
n citoplasma extramitocondrial.
44
-
Reaciile se desfoar n lan (succesiv) cu participarea echivalenilor reductori ai NADPH2
NADPH2 provine n cea mai mare parte din degradarea glucozei pe calea pentozofosfat.
Biosinteza acizilor grai are loc cu intensitate deosebit n ficatulvertebratelor.
Molecula precursor este Malonil~SCoA, i se formeaz n citoplasm
prin reacia de carboxilare a Acetil~SCoA. Reacia este catalizat de
acetil~SCoA carboxilaz, enzim dependent de biotin.
45
-
Comparaie ntre -oxidarea i biosinteza acidului palmitic
FAD
FADH2
NAD+
NADH
H2O mitocondrie
CO-S-CoA
CO-S-CoA
CO-S-CoA
HO H
CO-S-CoA
O
CO-S-CoA
CH3-CO-S-CoA
CoA-SH
NADP+
NADPH
H2O
citosol
CO-S-ACP
ACP-SHNADP+
NADPH
CO-S-ACP
CO-S-ACP
CO2
CO-S-ACP
CO2-
CO-S-ACP
O
CO-S-ACPOHH
biosintez
- oxidare
46
FICAT
MUCHI SCHELETIC i MIOCARD
-
Reglarea biosintezei triacilglicerolilor de ctre insulin
Insulina stimuleaz conversia glucidelor i proteinelor alimentare n lipide.
Deficitul de insulin (n diabetul zaharat) determin o sintez diminuat de acizi grai, iar acetil-CoA este transformat n corpi cetonici.
47
-
La mamifere, n cursul inaniiei, triacilglicerolii (TG) sufer un proces ciclic de scindare i resintez (lipoliz i lipogenez), cu meninerea unui echilibru ntre aceste 2 procese. Aproximativ 75% din totalul de acizi grai (AG) eliberai prin lipoliz sunt reesterificai cu formarea de TG, deci nu sunt utilizai pentru obinerea de energie.- Nivelul sangvin de AG reflect echilibrul ntre biosinteza i degradarea TG la
nivelul esutului adipos i hepatic.
48
Ciclul triacilglicerolilor degradare i biosintez
-
esutul adipos poate genera glicerol-3-fosfat i prin gliceroneogenez
Aceast cale este n principal o cale scurtat a gluconeogenezei, de la piruvat la dihidroxiacetonfosfat
(DHAP), urmat de conversia DHAP n glicerol 3-fosfat, utilizat n sinteza trigliceridelor.
Prin gliceroneogenez se poate controla la nivelul esutului adipos, viteza de eliberare a acizilor grai n snge.
-
- Nivelurile mari de AG liberi n snge interfer cu utilizarea glucozei la nivel muscular, induc rezistena la insulin i diabetul de tip 2.
- Tiazolidindionele reduc nivelurile de AG n snge i mresc sensibilitatea la insulin.
Aceste medicamente activeaz induc sinteza enzimei fosfoenolpiruvat carboxikinaza (PEPCK) n esutul adipos.
Activarea acestei ci metabolice determin o cretere a gliceroneogenezei i implicit o cretere a resintezei de TG n esutul adipos, reducnd nivelurile de acizi grai n snge. 50