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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