bioss íntese de Ácidos graxos -...

Profª Eleonora – Slide de aula

BiossBiossííntese de ntese de ÁÁcidos Graxoscidos Graxos


Principais Aspectos da Biossíntese

� A síntese ocorre no citoplasma, enquanto a oxidação ocorre na matriz mitocondrial. O transporte dos grupos acetil através da membrana mitocondrial interna é realizado pelo ácido cítrico, capaz de atravessar a membrana e liberar acetil-CoA no citoplasma:

)(mitocôndriaacetil-CoA + oxaloacetatocitrato-sintase

HS-CoAH2O

citrato

)(citoplasma

HS-CoA

ADP + PiATP

acetil-CoA + oxaloacetatocitratocitrato-liase

Biossíntese de Ácidos GraxosA oxidação dos ácidos graxos ocorre pela remoção sucessiva de grupos acetil na forma de acetil-CoA. A biossíntese dos ácidos graxos, entretanto, não ocorre pela simples reversão das mesmas etapas enzimáticas.

A biossíntese dos ácidos graxos segue uma via diferente, é catalisada por um conjunto distinto de enzimas e se realiza numa parte diferente da célula. Além disso, um intermediário de 3 carbonos participa da biossíntese dos ácidos graxos e o CO2 também é necessário.


(1) citrato sintase (5) enzima málica(2) tricarboxilato translocase (6) piruvato translocase(3) citrato liase (7) piruvato carboxilase(4) malato desidrogenase

Enzimas e translocases que participam sistema de transporte de citrato


Principais Aspectos da Biossíntese (continuação)

� A cadeia dos ácidos graxos é alongada pela adição de unidades com dois carbonos provenientes do acil-CoA. O doador ativado dessas unidades é o malonil-ACP. A reação de alongamento é favorecida pela liberação de CO2

� O redutor da biossíntese é o NADPH

� O alongamento pelo complexo da acil-sintase termina com a formação do palmitato (C16).

� Os alongamentos posteriores e formação de duplas ligações são catalisados por outros sistemas enzimáticos.

� As enzimas da síntese dos ácidos graxos estão organizadas num complexo multi-enzimático denominado sintetase de ácidos graxos ou acil-sintase

� Os intermediários da síntese dos ácidos graxos estão ligados de forma covalente aos grupos sulfidrila (-SH) de uma proteína transportadora de acila (ACP)

� O grupo malonil (de 3 átomos de carbono) é o precursor de todas, exceto uma, unidades de 2 carbonos a partir dos quais a cadeia de ácido graxo é construída.

� A única molécula de acetil-CoA necessária na síntese do ácido graxo funciona como unidade de “iniciação”.


C H 2

C O O -

C S C o A

O

3

2

1

Malonil-CoA

C O O -

C H 2

C O O -

Malonato

� Outra característica distinta do mecanismo da biossíntese dos ácidos graxos é que os intermediários acil no processo são tioésteres, não da CoA, como ocorre na oxidação, mas sim de uma proteína de pequeno peso molecular chamada de proteína transportadora de acil (ACP)

� A biossíntese dos ácidos graxos se realiza no citoplasma das células eucarióticas, enquanto a oxidação dos ácidos graxos ocorre principalmente na mitocôndria.

Observação:No ácido palmítico (C16:0), por exemplo, os átomos dos carbonos metila e carboxila do grupo acetil tornam-se os átomos de carbono 16 e 15 do ácido graxo. O crescimento da cadeia começa com o resíduo acetil iniciador e cresce por adições sucessivas de unidades de 2 carbonos, derivada do malonil-CoA; até a extremidade carboxila do ácido palmítico. Os dois átomos de carbono do malonil que estão mais próximos da CoA são incorporados enquanto o grupo carboxila não-esterificado, é perdido como CO2.

O

C

CH3

O-

Acetil

O

C S CoA

CH3

Acetil-CoA


Síntese do malonil-CoA

Embora o malonil-CoA seja o precursor imediato da maioria dos grupos de 2 carbonos que entram na biossíntese dos ácidos graxos, ele é primeiro formado a partir do acetil-CoA no citosol.

CH2

COO-

C S CoA

O

3

2

1

M alonil-C oA

ATP++ 2CO

Acetil-CoA

O

C S CoA

CH3

+ ADP + Pi + H+

Acetil-CoA

carboxilase

Biotina


A enzimas envolvidas na biossíntese dos ácidos graxos, em número de sete, são organizadas num complexo denominado sistema da ácido graxo sintetase, ligada a este sistema está a proteína transportadora de acil (ACP).

HS Pn

HS Cys

ACP

E

� A função da ACP na biossíntese dos ácidos graxos é análoga à função da coenzima A na oxidação dos ácidos graxos. Os acil intermediários são esterificados a ACP durante as reações de construção da cadeia dos ácidos graxos, enquanto que na oxidação dos ácidos graxos os acil intermediários são esterificados a coenzima-A.

� Ácido graxo sintase possui dois tipos de grupos sulfidrilas essenciais. Um grupo sulfidrila é formado pelo grupo prostético da ACP (4’-fosfopantoteína) e o outro grupo sulfidrila é fornecido por um resíduo de cisteína específico da 3-cetoacil-sintase. Ambos os grupos -SH participam na biossíntese dos ácidos graxos.

Ácido Graxo Sintetase


Carregamento da Sintetase

Antes que as etapas envolvidas na construção da cadeia dos ácidos graxos comecem, os dois grupos sulfidrilas devem ser “carregados” com os grupos acil corretos.

Isto ocorre em duas etapas catalisadas por enzimas.�1ª reação: catalisada pela ACP-acetil transferase, o acetil do acetil-S-CoA é transferido

ao grupo -SH da cisteína da sintetase (E)

� 2ª reação: o malonil do malonil-S-CoA é transferido ao grupo sulfidrila da fosfopantoteína da ACP, numa reação catalisada pela ACP-malonil transferase

� O resultado final destas duas reações é que a sintetase agora possui grupos acil covalentemente ligados, um acetil no grupo -SH da cisteína e um malonil no grupo -SH da fosfopantoteína. Os dois grupos acil estão muito próximos na sintetase, que estápronta para o processo de alongamento da cadeia.

+Malon il-S-CoA + CoA-SHEAcetil-S-Cys

HS - ACPE

Malonil-S-ACP

Acetil-S-Cys

Acetil -S-CoA +HS - Cys

HS - ACPE E

HS - ACP

Acetil-S-Cys+ CoA-SH


Carregamento da sintetase de ácidos graxos

� O acetil do acetil-S-CoA étransferido ao grupo sulfidrilada cisteína da sintetase (E)

� O malonil do malonil-S-CoA étransferido ao grupo sulfidrilada fosfopantoteína da ACP

ACP

EHS Cys

HS Pn

Acetil-CoA

ACH3 C S Co

O

CH3 C S

O

Cys

HS PnACP

E

Malonil-CoA

COO-

CH2

O C S CoA

Sintetase carregadacom um grupo acetil eum grupo malonil

CH3 C S

O

Cys

ACP

E

S PnOOC CH2 C

O

HS-CoA

ACP-maloniltransferase

HS-CoA

ACP-acetiltransferase


A adição de cada unidade de 2 carbonos requer quatro etapas

� Reação de condensaçãoO acetil e o malonil, covalentemente ligados aos grupos -SH da sintetase, sofrem uma reação de condensação formando um acetoacetil ligado ao grupo -SH da fosfopantoteína. Simultaneamente, uma molécula de CO2 é liberada. Esta reação é catalisada pela 3-cetoacil-ACP sintetase.

O acetil é transferido do grupo -SH da cisteína para o malonil no grupo -SH da fosfopantoteína, de forma que ele se torna a unidade de 2 carbonos metil-terminal do acetoacetil. O acetil desloca a carboxila livre do malonil como CO2. Este CO2 formado é o mesmo CO2 que foi originalmente introduzido no malonil-CoA pela reação da acetil-CoA carboxilase.

Observação: Por quê as células têm o trabalho de adicionar o CO2 (para sintetizar o malonil a partir de um acetil) apenas para perdê-lo novamente durante a formação do acetoacetato?Porque a perda do CO2 do malonil produz, momentaneamente, um grupo reativo poderoso na porção remanescente de 2 carbonos, capacitando-a a reagir rapidamente com o acetil.

EMalonil-S-ACP

Acetil-S-Cys+ H+

EAcetoacetil-S-ACP

HS-Cys+ CO2


� Reação de desidrataçãoNa 3ª etapa do ciclo da síntese dos ácidos graxos, o D-3-hidroxibutiril-S-CoA édesidratado pela 3-hidroxiacil-ACP-desidratase formando o trans-∆2-butenoil-S-ACP(crotonil-S-ACP).

HS-Cys

D-3-hidroxibutiril-S-ACPE + H2O E

Trans-butenoil-S-ACP

HS-C ys

� Reação de redução (saturação)A dupla ligação do trans-∆2-butenoil-S-ACP é reduzida ou saturada para formar o butiril-S-ACP pela ação da enoil-ACP-redutase, sendo novamente o NADPH o doador de elétrons.

+ NADP++ NADPH +H+HS-Cys

Trans- ∆2-butenoil-S-ACPE E

Butiril-S-ACP

HS-Cys

Observação: o grupo D-3-hidroxibutiril não é a mesma forma estereoisômera do intermediário L-3-hidroxiacil na oxidação dos ácidos graxos.

EAcetoacetil-S-ACP

HS-Cys+ NADPH+H+

HS-Cys

D-3-hidroxibutiril-S-ACPE + NADP+

� Reação de redução do 3-ceto (ou β-ceto)O acetoacetil-S-ACP sofre redução no grupo carbonila, às custas do NADPH como doador de elétrons, para formar D-3-hidroxibutiril-S-ACP, numa reação catalisada pela 3-cetoacetil-ACP redutase.


Reação de condensação

Malonil

S PnO C CH2 C

OO

12 ACP

E

Acetil

O

C H3

C S C y s

H+

3-cetoacil-ACP sintetase

CO2

HS C y s

ACP

E

β-cetoacil-S-ACP

S PnC H3

C

O

CH2 C

O

12

� O acetil e o malonil sofrem uma reação de condensaçãoformando um acetoacetil ligado ao grupo sulfidrila da fosfopantoteína.

Simultaneamente, uma molécula de CO2 é liberada.


Seqüência das reações que conduzem ao ácido butírico

Observação: Essas três etapas representam o inverso das etapas da β-oxidação.

Sín tese do ácido butírico

B uti r i l -ACP

D-ββββ -hi dr oxibuti r i l -ACP

A cetoaceti l -A CP

CH3 CH2 CH2 A C PC S

O

NA DPH

NA DP+

Redução

(enoil-AC P-reduta se)

t r ans-ββββ -butenoi l -A CP(Crotonil-A CP) ββββ

αααα

H

CCCH3

H

SC AC P

O

A C P

OH

O

SCCH2CCH3

H

D esid ratação

( ββββ-hid roxia cil -AC P-d esidra ta se)H

2O

CH3 C CH2 C S A C P

OO

Redução(ββββ-ceto acil -AC P-

red uta se )NA DP+

NA DPH


Alongamento da cadeia carbônica

O butiril é agora transferido do grupo -SH da fosfopantoteína para o grupo -SH da cisteína.

Para começar o próximo circulo de reações, a fim de alongar a cadeia de outra unidade de 2 carbonos, outro malonil é transferido do malonil-CoA ao grupo -SH da fosfopantoteína da ACP. O butiril deixa então o grupo -SH da cisteína e desloca o CO2 do malonil ligado ao -SH da ACP

Depois de um total de sete de tais ciclos o palmitoil-S-ACP é o produto final.

O processo de alongamento pára em 16 carbonos e o ácido palmítico livre é liberado da molécula de ACP pela ação de uma enzima hidrolítica (tioesterase).

EB utir il- S- A C P

H S- C ys B utir il- S- C ys

H S- AC PE

HS-Cys

Palmitoil-S-A CPE + H2O Ácido Palmítico +

HS- A CPE

CysHS -


A figura mostra o primeiro ciclo de síntese, que leva àformação de butiril ACP.

Para o alongamento da cadeia carbônica (seta pontilhada), o butiril-ACP, sintetizado no final da primeira volta, sofre a mesma seqüência de reações (enzimas 2 a 6) que o acetil-ACP: o grupo butirila é transferido para o grupo SH da enzima, como ocorreu com o grupo acetila no início da primeira volta, prosseguindo as reações do mesmo modo que no primeiro ciclo de síntese.

Alongamento da Cadeia Carbônica


Comparação entre a síntese e a degradação de um ácido graxo

Observação: Os dois processos compreendem os mesmos tipos de reações, ocorrendo, todavia, em sentido e seqüência opostos.

OH

H


ComentárioA síntese de ácido palmítico (C16:0) requer a adição de energia química em duas formas:� Como energia do grupo fosfato do ATP - necessária para produzir a ligação tioéster do

acetil-CoA e para ligar o CO2 ao acetil-CoA, formando malonil-CoA. � Como poder redutor do NADPH - necessário para reduzir as duplas ligações.

O ácido palmítico sintetizado é convertido em palmitoil-CoA no retículo endoplasmático e transformado (alongamento de cadeia, introdução de ligações duplas) por sistemas enzimáticos microssomais.

Ácido Palmítico + ATP + CoA → Palmitoil-CoA + ADP + PiÁcido Palmítico + ATP + CoA → Palmitoil-CoA + ADP + Pi

Biossíntese versus oxidaçãoA biossíntese do ácido graxo difere da sua oxidação enzimática em:

� Localização intracelular� Natureza do grupo transportador do acil� Forma pela quais as unidades de 2 carbonos são adicionadas ou removidas� Configuração estereoisomérica do intermediário 3-hidroxiacil� Espécie de coenzima empregada nas etapas de redox� Participação do CO2


Comparação entre degradação e biossíntese de ácidos graxos

BiossínteseDegradação

Ocorre no citosolOcorre na matriz mitocondrial6

Início na extremidade metila (CH3CH2-)Início na extremidade carboxila (CH3COO -)

5

Ácidos graxos formam tioésteres com as proteínas transportadoras de acila (ACP-SH)

Ácidos graxos formam tioésteres com CoA-SH

4

É um processo redutor, requer NADPH e ATP

É um processo oxidativo, requer NAD+ e FAD e produz ATP

3

Molonil-CoA é a fonte das unidades de dois carbonos

Molonil-CoA não está envolvido2

Os intermediários β-hidroxiacilapresentam a configuração DD

Os intermediários β-hidroxiacilapresentam a configuração LL

7

Acetil-CoA é o precursorAcetil-CoA é o produto1

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