Biossíntese de Lipídeos

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Biossíntese de Lipídeos
● FUNÇÕES
-principal forma de armazenamento de energia na maioria dos organismos
-principais constituintes das membranas celulares;
-Lipídeos especializados atuam como pigmentos (retinal, caroteno)
-cofatores
1
(vitamina K)
2
;
-detergentes (sais biliares >> são potentes detergentes que preparam os
triglicerídeos da dieta para a hidrólise pela lipase pancreática através da sua ação
emulsificante, formando as micelas) >> porque são moléculas anfipáticas, ou seja,
consegue interagir tanto com a água (substâncias polares) como com a sujeira
(substâncias apolares) formando micelas que conseguem limpar;
-transportadores (dolicóis, os lipídios transportam vitaminas que são solúveis em
gordura,A,D,E,K);
-hormônios (derivados da vitamina D,cortisol e a aldosterona nas glândulas
adrenais, hormônios sexuais como progesterona, os diversos estrógenos,
testosterona);
-mensageiros extracelulares e intracelulares (eicosanóides, derivados do
fosfatidilinositol)
-âncoras para proteínas de membrana (ácidos graxos covalentemente ligados, grupos
prenila e fosfatidilinositol)
● Grande parte dos ácidos graxos utilizados pelo corpo é suprida pela dieta,
quantidades excessivas de carboidratos e proteínas obtidas pela dieta podem
ser convertidas em ácidos graxos, e armazenados como triacilgliceróis >> a
síntese é realizada por exemplo quando há excesso de glicose;
● ocorre principalmente no fígado e glândulas mamárias, e em menor grau, no
tecido adiposo e no rim;
● O processo incorpora os carbonos da acetil CoA na cadeia de ácido graxo em
formação, utilizando ATP e NADPH.
● A porção acetil da acetil CoA é transportada ao citosol como citrato, produzido
pela condensação do oxaloacetato e acetil CoA, primeira reação do ciclo do
ácido cítrico, isso ocorre quando a concentração de citrato mitocondrial está
elevada, observada quando há alta concentração de ATP e a isocitrato
2 atua como cofator essencial na reação de carboxilação de resíduos específicos de
ácido glutâmico (Glu), levando à formação de Gla, que é um ácido gama
carboxiglutâmico constituinte dos fatores de coagulação >> atuando na coagulação
sanguínea;
1 são moléculas pequenas, orgânicas ou inorgânicas que tem papel no
funcionamento de diversas enzimas, auxiliando e possibilitando a catálise
enzimática. Moléculas de cofatores orgânicas, são chamadas de coenzimas, então
temos cofatores e coenzimas enzimáticos.
desidrogenase é inibida >> porque se ela não for inibida ela vai dar
continuidade ao ciclo de krebs e vai usar o citrato daí ele não vai ser
transportado para fora da mitocôndria
● estratégias utilizadas para sintetizar esses produtos insolúveis em água a
partir de precursores hidrossolúveis, como o acetato. Assim como outras vias
biossintéticas, essas sequências de reações são endergônicas e redutoras.
Utilizam ATP como fonte de energia metabólica e um transportador de
elétrons reduzido (geralmente o NADPH) como agente redutor.
● BIOSSÍNTESE DE ÁCIDOS GRAXOS
-Após a descoberta de que a oxidação dos ácidos graxos ocorre pela remoção
oxidativa e sucessiva de unidades com dois átomos de carbono (acetil-CoA), os
bioquímicos pensaram que a biossíntese dos ácidos graxos poderia ocorrer pela
simples inversão dos mesmos passos enzimáticos. No entanto, como eles vieram a
descobrir, a biossíntese e a degradação dos ácidos graxos ocorrem por meio de
diferentes vias, são catalisadas por diferentes grupos de enzimas e localizam-se em
compartimentos distintos na célula. Além disso, a
-biossíntese requer a participação de um intermediário de três carbonos, a
malonil-CoA, que não está envolvido na degradação dos ácidos graxos;
A malonil-CoA é formada a partir de acetil-CoA e bicarbonato >> processo
irreversível, catalisado pela acetil-CoA-carboxilase;
-As células vegetais têm os dois tipos de acetil-CoA-carboxilase;
Em todos os casos, a enzima contém um grupo prostético, a biotina,
covalentemente ligado por uma ligação amida ao grupo «-amino de um resíduo de
Lys presente em um dos três polipeptídeos ou domínios da molécula da enzima;
A reação em duas etapas catalisada por essa enzima é muito semelhante a outras
reações de carboxilação dependente de biotina, como aquelas catalisadas pela
piruvato-carboxilase e pela propionil-CoA-carboxilase
-Primeiramente, um grupo carboxil derivado do bicarbonato (HCO3 – ) é transferido
para a biotina em uma reação dependente de ATP.
O grupo biotinila age como transportador temporário de CO2, transferindo-o para a
acetil-CoA na segunda etapa, gerando malonil-CoA.
I. síntese dos ácidos graxos ocorre em uma sequência de reações que se repetem
- 4 etapas; catalisadas por um sistema conhecido como ácido
graxo-sintase;
II. condensação, redução, desidratação, redução;
III. Existem duas variantes principais da enzima ácido graxo-sintase: a ácido
graxo-sintase I (AGS I), encontrada em vertebrados e em fungos, e possui
7 sítios ativos para reações distintas presentes em domínios separados, a
ácido graxo-sintase II (AGS II), encontrada em vegetais e bactérias;
IV. Um grupamento acila saturado, produzido em cada série de reações em quatro
etapas, torna-se o substrato da condensação subsequente com um grupo
malonila ativado;
V. Em cada uma das passagens pelo ciclo, a cadeia do grupo acila graxo aumenta
em dois carbonos;
VI. o agente redutor na via sintética é o NADPH e os grupos ativadores são dois
grupos ¬SH diferentes ligados à enzima
VII. Com os sistemas AGS I, a síntese dos ácidos graxos leva a um único produto,
e não são liberados intermediários;
Quando o comprimento da cadeia atinge 16 carbonos, esse produto
(palmitato, 16:0;) deixa o ciclo;
Os carbonos C-16 e C-15 do palmitato são derivados dos átomos de carbono
dos grupos metil e carboxil, respectivamente, de uma acetil-CoA utilizada
diretamente para iniciar o sistema;
os outros átomos de carbono da cadeia são originados da acetil-CoA via
malonil-CoA;
VIII. A AGS II, de vegetais e bactérias, é um sistema dissociado; cada etapa da
síntese é catalisada por uma enzima distinta e livremente difusível; Os
intermediários também são difusíveis e podem ser desviados para outras vias
(como a síntese de ácido lipoico).
Ao contrário da AGS I, a enzima AGS II gera uma variedade de produtos,
inclusive ácidos graxos saturados de vários comprimentos, assim como
insaturados, ramificados e hidróxiácidos graxos. Um sistema AGS II também
é encontrado nas mitocôndrias de vertebrados;
IX. Em situações de abundância de acetil-CoA, o fígado e o tecido adiposo
sintetizam ácidos gordos;
X. ocorre no citoplasma.
XI. o transportador de grupos acilo (R-CO-) é a ACP (Acyl Carrier Protein), e não
a coenzima A;
XII. A síntese de ácidos gordos é feita a partir de acetil-CoA. No entanto, o
processo é endergónico, pelo que o acetil-CoA deve ser previamente ativado
>> Este é portanto carboxilado pela acetil-CoA carboxilase, uma enzima
que tal como as outras carboxilases (p.ex., do piruvato ou do propionil-CoA)
possui biotina, formando o malonil >> que é transferido para a proteína
transportadora de acilos (ACP), dando a origem a malonil-ACP;
http://homepage.ufp.pt/pedros/bq/gluconeog.htm#carbox
http://homepage.ufp.pt/pedros/bq/beta-oxida.htm#impar
XIII. Os múltiplos domínios da AGS I de mamíferos atuam como enzimas distintas,
porém ligadas >> o sítio ativo de cada enzima é encontrado em um domínio
separado dentro do polipeptídeo maior;
XIV. Ao longo do processo de síntese dos ácidos graxos, os intermediários
permanecem covalentemente ligados como tioésteres a um de dois grupos tiol.
Um ponto de ligação é o grupo -SH de um resíduo de Cys em um dos domínios
da sintase (b-cetoacil-ACP-sintase; KS); o outro ponto é o grupo ¬SH de uma
proteína transportadora de grupos acila, domínio distinto do mesmo
polipeptídeo >> A hidrólise dos tioésteres é altamente exergônica, e a energia
liberada ajuda a tornar termodinamicamente favoráveis dois passos distintos
(➊ e ➎ na Figura 21-6) da síntese dosácidos graxos (condensação);
XV. A proteína transportadora de grupos acila (ACP, do inglês acyl carrier protein)
é o transportador que mantém o sistema unido
-Antes que as reações de condensação que constroem a cadeia do ácido graxo possam
iniciar, os dois grupos tióis do complexo enzimático devem ser carregados com os
grupamentos acila corretos;
-primeiramente, o grupo acetila da acetil-CoA é transferido para a ACP, em uma
reação catalisada pelo domínio malonil/acetil-CoA-ACP-transferase (MAT na
Figura 21-6) do polipeptídeo multifuncional.
O grupo acetila é, então, transferido para o grupo ¬SH da Cys da b-cetoacil-ACP-
-sintase (KS);
A segunda reação, a transferência do grupo malonila da malonil-CoA para o grupo
¬SH da ACP, também é catalisada pela malonil/acetil-CoA-ACP-transferase.
No complexo sintase carregado, os grupos acetila e malonila são ativados para o
processo de alongamento da cadeia;
● Etapas
1. Condensação
3
: envolvendo os grupos acetila e malonila ativados, formando
acetoacetil-ACP, grupo acetoacetil ligado à ACP pelo grupo ¬SH da
fosfopanteteína; simultaneamente, uma molécula de CO2 é produzida;
catalisada pela b-cetoacil-ACP-sintase, o grupamento acetil é transferido
do grupo ¬SH da Cys da enzima para o grupo malonila ligado ao grupo ¬SH
da ACP, tornando-se a unidade de dois carbonos metil-terminal do novo
grupo acetoacetila;
-O átomo de carbono do CO2 formado nessa reação é o mesmo carbono
originalmente introduzido na malonil-CoA a partir do HCO3 – pela reação da
acetil-CoA-carboxilase. Assim, a ligação covalente do CO2 durante a
3 reação de condensação é uma reação química em que duas moléculas se combinam para
formar uma única molécula, descartando outra molécula menor durante o processo;
biossíntese dos ácidos graxos é apenas transitória; ele é removido assim que
cada unidade de dois carbonos é adicionada;
Por que as células têm o trabalho de adicionar CO2 para formar o grupo malonila a
partir do grupo acetila apenas para perder o CO2 durante a formação de
acetoacetato? O uso de grupos malonila ativados em vez de grupos acetil é o que
torna as reações de condensação termodinamicamente favoráveis. O carbono
metileno (C-2) do grupo malonila, situado entre os carbonos da carbonila e da
carboxila, forma um bom nucleófilo.
a descarboxilação do grupo malonila facilita o ataque nucleofílico do carbono
metileno sobre a ligação tioéster entre o grupo acetil e a b-cetoacil-ACP-sintase,
deslocando o grupo ¬SH da enzima;
O acoplamento da condensação à descarboxilação do grupo malonila torna o
processo global altamente exergônico
-Por meio do uso de grupos malonila ativados na síntese dos ácidos graxos e de
acetato ativado em sua degradação, a célula torna os dois processos
termodinamicamente favoráveis, apesar de um ser efetivamente o inverso do outro.
A energia extra necessária para tornar a síntese dos ácidos graxos favorável é
fornecida pelo ATP utilizado na síntese de malonil-CoA a partir de acetil-CoA e
HCO3 –
2. Redução do grupo carbonila do carbono beta :porque ela não vai ser
necessária, pois os ácidos graxos só possuem 1 carbonila; por meio do
NADPH; reduzir a uma hidroxila; A acetoacetil-ACP formada na etapa de
condensação sofre agora redução do grupo carbonil em C-3, formando
D-b-hidroxibutiril-ACP; catalisada pela b-cetoacil-ACP-redutase (KR) e o
doador de elétrons é o NADPH;
3. Desidratação: água são agora removidos dos carbonos C-2 e C-3 da
D-b-hidroxibutiril-ACP, formando uma ligação dupla no produto, trans-D2
-butenoil-ACP. A enzima que catalisa essa desidratação é a
b-hidroxiacil-ACP-desidratase (DH);
4. Redução da ligação dupla: a ligação dupla da trans-D2 -butenoil-ACP é
reduzida (saturada), formando butiril-ACP pela ação da enzima
enoil-ACP-redutase (ER); mais uma vez, NADPH é o doador de elétrons;
marca a conclusão de uma rodada por meio do complexo da ácido graxo-sintase
formado um composto de 4 carbonos
5. Na etapa ➎, o grupo butirila é transferido do grupo ¬SH da fosfopanteteína
da ACP para o grupo ¬SH de uma Cys da b-cetoacil-ACP-sintase, que
sustentará inicialmente o grupo acetil; Para dar início ao próximo ciclo de
quatro reações que alonga a cadeia em mais 2 átomos de carbono (etapa ➏),
outro grupo malonila liga-se ao grupo ¬SH da fosfopanteteína da ACP, agora
desocupado
A condensação ocorre à medida que o grupo butirila, atuando como o grupo
acetil no primeiro ciclo, é ligado aos 2 átomos de carbono do grupo
malonil-ACP, com a consequente perda de CO2;
produto dessa condensação é um grupo acila com 6 carbonos, covalentemente
ligado ao grupo ¬SH da fosfopanteteína.
Seu grupo b-cetônico é reduzido nas três etapas seguintes do ciclo da sintase,
formando o grupo acila saturado, exatamente como no primeiro ciclo de reações –
neste caso formando o produto de seis carbonos
6. 7 ciclos de condensação e redução produzem o grupo palmitoila de 16
carbonos saturados, ainda ligado à ACP
alongamento da cadeia pelo complexo da sintase geralmente é interrompido
neste ponto e o palmitato é liberado da ACP pela ação de uma atividade
hidrolítica (tioesterase; TE) da proteína multifuncional;
reação global , Primeiro, a formação de sete moléculas de malonil-CoA:
7 Acetil-CoA + 7 CO2 + 7 ATP → 7 malonil-CoA + 7ADP + 7Pi
em seguida, sete ciclos de condensação e redução:
Acetil-CoA + 7 malonil-CoA + 14NADPH + 14H+ → palmitato + 7CO2 + 8 CoA +
14NADP+ + 6H2O
* apenas seis moléculas de água são produzidas, porque uma é utilizada para
hidrolisar a ligação tioéster entre o produto palmitato e a enzima
processo global:
8 Acetil-CoA + 7 ATP + 14NADPH + 14H+ → palmitato + 8 CoA + 7ADP + 7Pi +
14NADP+ + 6H2O
-biossíntese dos ácidos graxos como o palmitato requer acetil-CoA e o fornecimento
de energia química de duas formas: o potencial de transferência de grupos do
ATP e o poder redutor do NADPH.
-ATP é necessário para ligar o CO2 à acetil-CoA formando malonil-CoA;
-as moléculas de NADPH são necessárias para reduzir o grupo a-ceto e a ligação
dupla.
-existe um custo adicional para a síntese dos ácidos graxos, já que a acetil-CoA é
gerada na mitocôndria e deve ser transportada para o citosol >> consome 2 ATP por
molécula de acetil-CoA transportada, aumentando o custo energético da síntese dos
ácidos graxos para três ATP por unidade de dois carbonos;
● o complexo da ácido graxo-sintase é encontrado exclusivamente no citosol,
assim como as enzimas biossintéticas dos nucleotídeos, dos aminoácidos e da
glicose >> Esta localização segrega os processos sintéticos das reações de
degradação;
● Existe uma separação correspondente dos cofatores transportadores de
elétrons utilizados no anabolismo (geralmente processos redutivos) e aqueles
utilizados no catabolismo (geralmente oxidativos)
NADPH >> transportador de elétrons para as reações anabólicas e o NAD+
atua nas reações catabólicas.
No citosol de hepatócitos, a relação [NADPH]/[NADP+ ] é muito alta, gerando
um ambiente fortemente redutor para a síntese redutora dos ácidos graxos e
de outras biomoléculas;
A relação citosólica [NADH]/ [NAD+] é muito menor, de modo que o
catabolismo oxidativo da glicose, dependente de NAD+ , pode ocorrer no
mesmo compartimento e ao mesmo tempo que a síntese dos ácidos graxos;
A relação [NADH]/ [NAD+ ] é muito maior na mitocôndria do que no citosol,
devido ao fluxo de elétrons para o NAD+ a partir da oxidação de ácidos
graxos, aminoácidos, piruvato e acetil-CoA; Essa relação alta entre
[NADH]/[NAD1] na mitocôndria favorece a redução do oxigênio pela cadeia
respiratória;
● Nos hepatócitos e adipócitos, NADPH citosólico é amplamente gerado pela via
das pentoses-fosfato e pela enzima málica
● Nos hepatócitos e em glândulas mamárias de animais lactentes, o NADPH
necessário para a biossíntese dos ácidos graxos é fornecido principalmente
pela via das pentoses-fosfato
piruvato entra na mitocôndria
-Em eucariotos, praticamente toda a acetil-CoA utilizada na síntese dos ácidos graxos
éformada na mitocôndria a partir da oxidação do piruvato e do catabolismo dos
esqueletos de carbono dos aminoácidos.
A acetil-CoA gerada da oxidação dos ácidos graxos não é uma fonte significativa de
acetil-CoA para a biossíntese dos ácidos graxos em animais, pelo fato de que as duas
vias são reciprocamente reguladas;
-A membrana interna da mitocôndria é impermeável a acetil-CoA, de modo que um
transportador indireto transfere os equivalentes do grupo acetila pela membrana
interna;
-acetil coenzima se une com o oxaloacetato formando o citrato (reação do ciclo do
ácido cítrico/enzima citrato-sintase);
-O citrato, então, atravessa a membrana interna pelo transportador de citrato. No
citosol, a clivagem do citrato pela citrato-liase regenera acetil-CoA e oxaloacetato em
uma reação dependente de ATP;
O oxaloacetato não pode retornar à matriz mitocondrial diretamente, já que não
existe um transportador de oxaloacetato. Em vez disso, a malato-desidrogenase
citosólica reduz o oxaloacetato a malato, o qual pode retornar à matriz mitocondrial
pelo transportador malato-a-cetoglutarato na troca por citrato. Na matriz, o malato é
reoxidado a oxaloacetato, completando o ciclo.
No entanto, a maior parte do malato produzido no citosol é utilizada para gerar
NADPH citosólico pela ação da enzima málica
O piruvato produzido é transportado para a mitocôndria pelo transportador de
piruvato, sendo convertido em oxaloacetato na matriz, pela enzima
piruvato-carboxilase.
O ciclo resultante consome 2 ATP (pela citrato-liase e pela piruvato-carboxilase) para
cada molécula de acetil-CoA entregue para a síntese de ácidos graxos.
Após a clivagem do citrato para gerar acetil-CoA, a conversão dos quatro carbonos
remanescentes em piruvato e CO2 pela enzima málica gera aproximadamente a
metade do NADPH necessário para a síntese de ácidos graxos. A via das
pentoses-fosfato fornece o restante de NADPH necessário;
➔ REGULAÇÂO
-Quando uma célula ou um organismo tem combustível metabólico mais que
suficiente para suprir suas necessidades energéticas, geralmente o excesso é
convertido em ácido graxo e estocado como lipídeos, como os triacilgliceróis.
-A reação catalisada pela acetil-CoA-carboxilase é a etapa limitante na biossíntese de
ácidos graxos, e essa enzima é um ponto importante de regulação > se torna
irreversível.
-O citrato desempenha uma função central na alteração do metabolismo celular de
consumo de combustível metabólico (oxidação) para o de armazenamento de
combustível na forma de ácidos graxos.
Quando as concentrações de acetil-CoA e ATP mitocondrial aumentam, o citrato é
transportado para fora da mitocôndria;
ele torna-se, então, tanto o precursor citosólico de acetil-CoA quanto um sinal
alostérico para a ativação da acetil-CoA-carboxilase;
Ao mesmo tempo, o citrato inibe a atividade da fosfofruto-cinase-1, reduzindo o fluxo
de carbono para a glicólise;
-A acetil-CoA-carboxilase também é regulada por modificação covalente >> A
fosforilação promovida pelas ações dos hormônios glucagon e adrenalina inativa a
enzima e reduz sua sensibilidade à ativação por citrato, dessa forma reduzindo a
velocidade da síntese de ácidos graxos;
Na sua forma ativa (desfosforilada), a acetil-CoA-carboxilase polimeriza-se em
longos filamentos >>> a fosforilação é acompanhada pela dissociação das
subunidades monoméricas e perda da atividade;
-Se a síntese de ácidos graxos e a b-oxidação ocorressem simultaneamente, os dois
processos constituiriam um ciclo fútil, desperdiçando energia.
- a b-oxidação é bloqueada por malonil-CoA, que inibe a enzima
carnitina-aciltransferase I >> Assim, durante a síntese de ácidos graxos, a produção
do primeiro intermediário, a malonil-CoA, desliga a b-oxidação no nível do sistema
transportador na membrana interna da mitocôndria;
Esse mecanismo de controle ilustra outra vantagem da separação das vias sintéticas e
degradativas em compartimentos celulares distintos;