TEMA 46: FUENTE DE PARA LA SÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS. FORMACIÓN DE LA MALONIL CoA. REGULACIÓN. SÍNTESIS DE PALMITOIL-CoA

La síntesis de ácidos grasos a diferencia de la degradación sucede en el citosol.La biosíntesis comienza con el acetil-CoA proveniente del catabolismo de amonoácidos cetogénicos o de los hidratos de carbono (mediante complejo de la piruvato deshidrogenasa), la obtención de estos precursores sucede dentro de la mitocondria y el acetil-CoA por sí mismo no puede salir fuera, que es donde es necesario para la síntesis de ácidos grasos.Para solucionar esto es necesaria la lanzadera de acetilo/citrato.

LANZADERA DEL ACETILO/CITRATO:

Acetil-CoA fromado en la mitocondria se condensa con el oxalacetato para dar citrato (catalizado por la citrato sintasa).El citrato sale de la mitocondria a través de un transportador.El citrato citosólico es escindido de nuevo a acetil-CoA y oxalacetato por la citrato liasa, con gasto a ATP.El acetil-CoA se usará para la síntesis de ácidos grasos y el oxalacetato se reduce a malato mediante la malato deshidrogenasa (dependiente de NADH).El malato puede ser transportado al interior de la mitocondria a través de un transportador y el malato mitocondrial es deshidrogenado a oxalacetato cerrándose el ciclo o puede descarboxilarse mediante la enzima málico (dependiente de NADP) para dar piruvato + CO2.(MÁS COMÚN)El piruvato es transportado al interior de la mitocondria por un transportador.El piruvato mitocondrial se puede carboxilarse para formar de nuevo oxalacetato, todo ello catalizado por la piruvato carboxilasa y con el gasto de ATP.

BALANCE ENERGÉTICO DE LA LANZADERA DEL ACETIL-CoA: Forma I: A través del transportador de malato.

[ACETIL-CoA]MITOCONDRIAL + ATP [ACETIL-CoA]CITOSÓLICO + ADP + Pi

Forma II: A través del transportador de piruvato.[ACETIL-CoA]MITOCONDRIAL + NADH + H+ + NADPH + 2 ATP [ACETIL-CoA]CITOSÓLICO+ NADPH + H+ + NAD + 2 ADP + 2 PiEl NADPH + H+ del citosol tiene poder reductor para la síntesis de lípidos.

FORMACIÓN DE MALONIL-CoA:La síntesis de ácidos grasos comienza con la carboxilación del acetil-CoA hasta malonil-CoA. Esta reacción irreversible es la etapa limitante en la síntesis de ácidos grasos.La síntesis de malonil-CoA está catalizada por la acetil-CoA carboxilasa, que contiene biotina como grupo prostético.La reacción sucede en el citosol y consume ATP, porque se convierte un carbono inorgánico en orgánico.

Estructura y mecanismo de la acetil-CoA carboxilasa:El carboxilo de la biotina está unido está unido covalentemente al grupo -amino de un residuo de Lys, como sucede en la piruvato deshidrogenasa.Tiene tres regiones funcionales Proteína portadora de biotina

Biotina carboxilasa: activa el CO2 uniéndolo a un nitrógeno del anillo de biotina en una reacción dependiente de ATP.Transcarboxilasa: transfiere el CO2 activado desde la biotina hasta el Acetil-CoA, produciendo malonil-CoA.

En animales las malonil-CoA carboxilasa es un único polipéptido multifuncional.o Mecanismo de la reacción:

La reacción ocurre en dos pasos. Primer paso: el grupo carboxilo obtenido del bicarbonato (HCO3

-) se transfiere a la biotina en una reacción dependiente de ATP.

Segundo paso: el grupo biotinilo actúa como transportador temporal de CO2 transfiriéndolo al acetil-CoA para dar malonil-CoA.

Las cadenas de ácidos grasos se forman alargándose de 2 en 2 carbonos desde el C.Los carbonos C y C-1 vienen directamente desde el ácido acético.La síntesis de los ácidos grasos se forma mediante una secuencia repetida de reacciones de cuatro etapas.Un grupo acilo saturado formado en este conjunto de reacciones constituye el sustrato de a siguiente condensación con un grupo malonilo activado.El agente reductor en la secuencia de síntesis es el NADPH y los grupos activadores son dos grupos –SH diferentes unidos al enzima.Todas las reacciones del proceso están catalizadas por un complejo multienzimático (ácido graso sintasa).COMPLEJO DE LA ÁCIDO GRASO SINTASAEl complejo enzimático está compuesto por siete sitios activos diferentes.

A lo largo de todo el proceso, los intermediarios permanecen unidos covalentemente en forma de tioésteres a unos de los dos grupos tiol del complejo sintasa. Un sitio de unión es el grupo –SH de un residuo de Cys de la β-cetoacil-ACP sintasa(KS) y el otro es el grupo –SH de la proteína trasnportadora de acilos (ACP).ACP: contiene un grupo protético 4’-fosfopanteteína, igual al de la CoA.Nota: En mamíferos es un dímero que a lo largo de todas las cadenas tiene las 8 actividades, hasta la desacilasa. En mamíferos necesario actúe el diemro y sintetiza dos cadenas de palmitato a la vez.

MECANISMO DE LA ÁCIDO GRASO SINTASA:Antes de que puedan empezar las reacciones de condensación que construya la cadena de ácido graso, se han de cargar los dos grupos tiol del complejo enzimático con los grupos acilo correctos.

Activación de la ácido graso sintasa:1) Se transfiere el grupo acetilo del acil-CoA al grupo –SH de la β-cetoacil-ACP sintasa (KS). Reacción catalizada por la

acetil-CoA-ACP transacetilasa (AT).2) La transferencia del grupo malonilo desde el malonil-CoA al grupo –SH de la ACP. Reacción catalizada por la

malonil-CoA-ACP transferasa (MT).

Cuatro pasos de alargamiento:1) Condensación:

Se produce una condensación de los grupos acetilo y malonilo activados para formar acetoacil-ACP, produciéndose una molécula de CO2(pertenece al HCO3

- que se introdujo en la malonil-CoA).Reacción catalizada por la β-cetoacil-ACP sintasa (KS).

2) Reducción del grupo carbonilo:El acetoacil-ACP se reduce en el grupo carbonilo en C-3 formando D-β-hidroxibutiril-ACP.Reacción catalizada por la β-cetoacil-ACP reductasa (KR), dependiente de NADPH.

3) Deshidratación:Se elimina los elementos de agua de C-2 y C-3 del D-β-hidroxibutiril-ACP formándose un doble enlace para dar el trans-2-butenoil-ACP.Reacción catalizada por la β-hidroxiacil-ACP deshidratasa (HD).

4) Reducción del doble enlace: El doble enlace del trans-2-butenoil-ACP se reduce(satura) formando butiril-ACPReacción catalizada por la enoil-ACP reductasa (ER), dependiente de NADPH.

FORMACIÓN DEL ÁCIDO PALMÍTICO:La producción del acil-ACP de cuatro carbonos completa un a través del complejo de la ácido graso sintasa.El grupo butirilo es ahora trasnferido desde el grupo –SH de la ACP al grupo –SH del β-cetoacil-ACP sintasa.Para empezar el siguiente ciclo de cuatro reaciones que alarga la cadena en dos carbonos más, se une otro grupo malonil al grupo –SH de la ACP ahora desocupado.

La condensación tiene lugar cuando el grupo butirilo se une a dos carbonos del grupo malonil-ACP con la pérdida de CO2.El producto de esta condensación es un grupo acilo de seis carbonos, unido covalentemente al grupo –SH de la ACP.Su grupo β-ceto es reducido las tres etapas siguientes del ciclo de la sintasa, produciendo el grupo acilo saturado de seis carbonos. Tras siete ciclos de condensación y reducción se produce el palmitoil-ACP. La escisión de ácido plamítico del grupo –SH de la ACP se produce por la adición de agua, está reacción la cataliza una desacilasa.

BALANCE MATERIAL Y ENERGÉTICO DE LA SÍNTESIS DE ÁCIDO PALMÍTICO:

Síntesis del palmiato

Síntesis de malonilReacción global

Los NADPH provienen 8 del transporte de CoAmitocondrial al citoplasma mediante transporte II. 6 de la ruta de las pentosas (degradación glucosa).

DIFERENCIAS ENTRE LA SÍNTESIS Y LA DEGRADACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS

SÍNTESIS DEGRADACIÓNLOCALIZACIÓN CITOSOL MITOCONDRIA

OXIDORREDUCCIÓN 1º NADPH + H+ FADOXIDORREDUCCIÓN 2º NADPH + H+ NAD

ESTEROISÓMERO β-HIDROXIACIL D LCEBADOR/PRODUCTO MALONILO ACETILOPORTADOR DE CILOS ACP CoA

NECESITA BICARBONATO SÍ NONECESITA CITRATO SÍ NO

PRODUCTO FINAL/INICIAL PALMITATO VARIOSTIPOS DE ENZIMA COMPLEJO INDEPENDIENTES

REGULACIÓN DE LA SÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS:La síntesis de ácidos grasos es máxima cuando abundan los carbohidratos y cuando la carga energética es elevada y además escasean los ácidos grasos. La reacción catalizada por la acetil-CoA carboxilasa es la reacción limitante de la velocidad en la biosíntesis, siendo este enzima un importante sitio de regulación.

Regulación alostérica de la acetil-CoA carboxilasa:o Se inhibe mediante el palmitoil-CoA y el AMP.o Se activa mediante el citrato.

Regulación covalente:o Activación mediante la insulina: lo hace mediante la activación de la carboxilasa.

o Inhibición mediante el glucagón y la adrenalina: lo hacen inhibiendo la carboxilasa.o La acetil-CoA carboxilasa se inactiva por fosforilación. La fosforlación la produce una proteína quinasa

dependiente de AMP es diferente de la proteína quinasa A.o La proteína quinasa es inhibida por el ATP.o El grupo fosforilo de la acetil-CoA carboxilada inhibida es eliminado por la proteína fosfatasa 2ª, pasando a ser

activa.o La unión de citrato a la acetil-CoA carboxilada inactiva hace que se active parcialmente.