Biossíntese ácidos graxos

Prévia do material em texto

Profª Eleonora – Slide de aula
BiossBiossííntese de ntese de ÁÁcidos Graxoscidos Graxos
Profª Eleonora – Slide de aula
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 + oxaloacetato
citrato-sintase
HS-CoAH2O
citrato
)(citoplasma
HS-CoA
ADP + PiATP
acetil-CoA + oxaloacetatocitrato
citrato-liase
Biossíntese de Ácidos Graxos
A 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.
Profª Eleonora – Slide de aula
(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
Profª Eleonora – Slide de aula
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”.
Profª Eleonora – Slide de aula
CH2
COO -
C S CoA
O
3
2
1
Malonil-CoA
COO -
CH2
COO -
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
Profª Eleonora – Slide de aula
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
Malonil-CoA
ATP++ 2CO
Acetil-CoA
O
C S CoA
CH3
+ ADP + Pi + H+
Acetil-CoA
carboxilase
Biotina
Profª Eleonora – Slide de aula
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
Profª Eleonora – Slide de aula
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 está
pronta para o processo de alongamento da cadeia.
+Malon il-S-CoA + CoA-SHE
Acetil-S-Cys
HS - ACP
E
Malonil-S-ACP
Acetil-S-Cys
Acetil-S-CoA +
HS - Cys
HS - ACP
E E
HS - ACP
Acetil-S-Cys
+ CoA-SH
Profª Eleonora – Slide de aula
Carregamento da sintetase de ácidos graxos
� O acetil do acetil-S-CoA é
transferido ao grupo sulfidrila
da cisteína da sintetase (E)
� O malonil do malonil-S-CoA é
transferido ao grupo sulfidrila
da fosfopantoteína da ACP
ACP
E
HS Cys
HS Pn
Acetil-CoA
ACH3 C S Co
O
CH3 C S
O
Cys
HS Pn
ACP
E
Malonil-CoA
COO-
CH2
O C S CoA
Sintetase carregada
com um grupo acetil e
um grupo malonil
CH3 C S
O
Cys
ACP
E
S PnOOC CH2 C
O
HS-CoA
ACP-maloniltransferase
HS-CoA
ACP-acetiltransferase
Profª Eleonora – Slide de aula
A adição de cada unidade de 2 carbonos requer quatro etapas
� Reação de condensação
O 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.
E
Malonil-S-ACP
Acetil-S-Cys
+ H+ E
Acetoacetil-S-ACP
HS-Cys+ CO2
Profª Eleonora – Slide de aula
� Reação de desidratação
Na 3ª etapa do ciclo da síntese dos ácidos graxos, o D-3-hidroxibutiril-S-CoA é
desidratado pela 3-hidroxiacil-ACP-desidratase formando o trans-∆2-butenoil-S-ACP
(crotonil-S-ACP).
HS-Cys
D-3-hidroxibutiril-S-ACP
E + H2O ETrans-butenoil-S-ACP
HS-Cys
� 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-ACP
E 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.
E
Acetoacetil-S-ACP
HS-Cys
+ NADPH+H+
HS-Cys
D-3-hidroxibutiril-S-ACP
E + 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.
Profª Eleonora – Slide de aula
Reação de condensação
Malonil
S PnO C CH2 C
OO
12 ACP
E
Acetil
O
C H
3
C S C y s
H+
3-cetoacil-ACP sintetase
CO2
HS C y s
ACP
E
β-cetoacil-S-ACP
S PnC H
3
C
O
CH2 C
O
12
� O acetil e o malonil sofrem uma 
reação de condensação
formando um acetoacetil ligado 
ao grupo sulfidrila da 
fosfopantoteína. 
Simultaneamente, uma molécula 
de CO2 é liberada. 
Profª Eleonora – Slide de aula
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
Butiri l-ACP
D-ββββ -hidroxibutir il-ACP
Acetoacetil-ACP
CH3 CH2 CH2 ACPC S
O
NADPH
NADP+
Redução
(eno il-ACP-
reduta se)
trans -ββββ -butenoil-ACP
(Cro ton il-ACP) ββββ
αααα
H
CCCH3
H
SC ACP
O
ACP
OH
O
SCCH2CCH3
H
D e s id ratação
(ββββ-hid roxia cil -ACP-
desidra ta se)H2O
CH3 C CH2 C S ACP
OO
Redução
(ββββ-cetoacil -ACP-
reduta se )NADP+
NADPH
Profª Eleonora – Slide de aula
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). 
E
B utir il- S - AC P
H S - C ys B utir il- S - C ys
H S- AC P
E
HS-Cys
Palmitoil-S-ACP
E + H2O Ácido Palmítico +
HS - ACP
E
CysHS -
Profª Eleonora – Slide de aula
A figura mostra o primeiro 
ciclo de síntese, que leva à
formação 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
Profª Eleonora – Slide de aula
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
Profª Eleonora – Slide de aula
Comentário
A 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 oxidação
A 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
Profª Eleonora – Slide de aula
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-hidroxiacil
apresentam a configuração DD
Os intermediários β-hidroxiacil
apresentam a configuração LL
7
Acetil-CoA é o precursorAcetil-CoA é o produto1