Biossíntese de ácidos graxos

Prévia do material em texto

BIOSSÍNTESE DE ÁCIDOS 
GRAXOS
PROF DRA NAIARA STEFANELLO
O QUE SÃO: 
• LIPÍDEOS ESPECIALIZADOS ATUAM COMO PIGMENTOS 
(RETINAL, CAROTENO), COFATORES (VITAMINA K), 
• DETERGENTES (SAIS BILIARES), 
• TRANSPORTADORES (DOLICÓIS), 
• HORMÔNIOS (DERIVADOS DA VITAMINA D, 
HORMÔNIOS SEXUAIS), 
• MENSAGEIROS EXTRACELULARES E INTRACELULARES 
(EICOSANOIDES, DERIVADOS DO FOSFATIDILINOSITOL) 
• ÂNCORAS PARA PROTEÍNAS DE MEMBRANA (ÁCIDOS 
GRAXOS COVALENTEMENTE LIGADOS, GRUPOS 
PRENILA E FOSFATIDILINOSITOL).
BIOSSÍNTESE DE ÁCIDOS GRAXOS
PARTE 1
MALONIL-COA
Todas as três atividades 
fazem parte de um 
único polipeptídeo
multifuncional. 
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. 
OBSERVAÇÕES SOBRE A BIOSSÍNTESE DE AG
• Em todos os organismos, as longas cadeias de carbono dos 
ácidos graxos são construídas por uma sequência de reações 
repetitivas, em quatro etapas pela acido graxo-sintase.
• Por outro lado, o agente redutor na via sintética é o NADPH e 
os grupos ativadores são dois grupos ¬SH diferentes ligados à 
enzima.
• A AGS I, encontrada em vertebrados, consiste em uma única 
cadeia polipeptídica multifuncional. Sete sítios ativos para 
reações distintas estão presentes em domínios separados.
• 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; ver tabela 10-1) deixa o ciclo. 
REAÇÃO EM QUATRO ETAPAS
COMPLEXO DA ACIDO GRAXO-SINTASE
Ao longo do processo de síntese dos ácidos graxos, os intermediários permanecem 
covalentemente ligados como tioésteres a um de dois grupos tiol.
ACP (Proteína transportadora de 
grupos acila) é aquele que mantêm o 
sistema unido. 
A ACP atua como um braço flexível 
que transporta o AG em crescimento 
de um sitio ativo para outro.
ÁCIDO GRAXO-
SINTASE
OS DOIS GRUPOS TIÓIS DO COMPLEXO 
ENZIMÁTICO DEVEM SER CARREGADOS COM 
OS GRUPAMENTOS ACILA CORRETOS.
O grupo acetila da acetil-Coa é transferido
para a ACP, em uma reação catalisada pelo 
domínio malonil/acetil-Coa-ACP-transferase
(MAT) do polipeptídeo multifuncional. 
O grupo acetila é, então,
transferido para o grupo ¬SH da cys da β-
cetoacil-ACP-sintase (KS). 
É a ACP que 
faz a 
transferência 
do acetil-CoA
para a KS
ÁCIDO GRAXO-
SINTASE
O grupo acetila é, então, transferido 
para o grupo ¬SH da cys da β-
cetoacil-ACP-sintase (KS). 
A segunda reação, a transferência do 
grupo malonil da malonil-CoA para o 
grupo ¬SH da ACP, também é 
catalisada pela MAP. 
Essas duas reações era 
somente para carregar a KS 
com o grupo acetil e a ACP 
com o malonil
ÁCIDO GRAXO-
SINTASE
Nesta reação, catalisada pela KS, o 
grupamento acetil é transferido do 
grupo ¬SH da cys da enzima para o 
grupo malonil ligado ao grupo ¬SH 
da ACP.
O CO2 que sai é o mesmo CO2 que 
entra na molécula no inicio. Para que 
a saída forneça energia para que a 
reação ocorra.
ÁCIDO GRAXO-
SINTASE
A acetoacetil-ACP sofre agora 
redução do grupo carbonil em C3, 
Formando o β-hidroxibutiril-ACP. 
Essa Reação é catalisada pela β-
hidroxibutiril-ACP redutase (KR)
E o doador de elétrons é o NADPH. 
ACIDO GRAXO 
SINTASE
Os elementos da água são agora 
removidos dos carbonos C-2 e C-3 
da ▲-β-hidroxibutiril-ACP,
formando uma ligação dupla no 
produto, trans-▲2-butenoil-ACP. A 
enzima que catalisa essa 
desidratação é a
β-hidroxiacil-ACP-desidratase (DH). 
ACIDO GRAXO 
SINTASE
Finalmente, a ligação dupla
da trans-▲2-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. 
ACIDO GRAXO 
SINTASE
Na etapa ➎, o grupo butirila é 
transferido do grupo ¬SH da ACP 
para o grupo ¬SH de uma cys da β-
cetoacil-ACP-sintase, que sustentará 
inicialmente o grupo acetil.
NOVO CICLO DE 
REAÇÕES
Para dar início ao próximo ciclo de 
quatro reações que alonga a cadeia 
em mais dois átomos de carbono 
(ETAPA ➏), Outro grupo malonila
liga-se ao grupo ¬SH da 
fosfopanteteína da ACP, agora 
desocupado 
RESULTADO 
• Sete ciclos de condensação e redução produzem o grupo palmitoil de 16 
carbonos saturados, ainda ligado à ACP.
• Por razões ainda não bem compreendidas, o alongamento da cadeia pelo 
complexo da sintase geralmente é interrompido neste ponto e o palmitato é 
liberado da ACP.
Uso de 
energia 
química na 
forma de 
ATP
Uso de 
energia 
química na 
forma de 
NADPH
LOCAL ONDE OCORRE A BIOSSÍNTESE DOA ÁCIDOS GRAXOS
O complexo da ácido graxo-sintase é encontrado exclusivamente no citosol
ALÉM DISSO...
NO CITOSOL DE HEPATÓCITOS, A RELAÇÃO [NADPH]/[NADP+] 
É MUITO ALTA (APROXIMADAMENTE 75), GERANDO UM 
AMBIENTE FORTEMENTE REDUTOR PARA A SÍNTESE REDUTORA 
DOS ÁCIDOS GRAXOS E DE OUTRAS BIOMOLÉCULAS. 
NOS HEPATÓCITOS E ADIPÓCITOS, NADPH CITOSÓLICO É 
AMPLAMENTE GERADO PELA VIA DAS PENTOSES-FOSFATO E 
PELA ENZIMA MÁLICA.
FONTES DE ACETATO PARA A BIOSSÍNTESE DE 
AG
Acetil-CoA oriunda da 
oxidação do piruvato
(Glicose) e do 
catabolismo de 
aminoácidos
O problema é que 
a membrana da 
mitocôndria é 
impermeável a 
acetil-CoA, como 
resolver isso?
TRANSPORTADOR 
DE CITRATO
REGULAÇÃO DA BIOSSÍNTESE DE AG
PARTE 2
A PALMITOIL-COA, É UM INIBIDOR POR 
RETROALIMENTAÇÃO DESSA ENZIMA; O 
CITRATO É UM ATIVADOR ALOSTÉRICO
Quando as concentrações de acetil-CoA e ATP 
mitocondriais 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.
REGULAÇÃO HORMONAL
ACC é acetil-CoA carboxilase = Primeira 
enzima da biossíntese de ácidos graxos
ALONGAMENTO DAS CADEIAS DE AG
PARTE 3
PALMITATO É O 
PRECURSOR
ELE DEVE SER ALONGADO 
FORMANDO ESTEARATO (18:0) OU 
ÁCIDOS GRAXOS SATURADOS AINDA 
MAIORES PELA ADIÇÃO DE GRUPOS 
ACETIL, PELA AÇÃO
DO SISTEMA DE ALONGAMENTO DE 
ÁCIDOS GRAXOS PRESENTE
NO RETÍCULO ENDOPLASMÁTICO (RE) 
LISO E NA MITOCÔNDRIA.
O PALMITATO E O ESTEARATO 
SERVEM COMO PRECURSORES DOS
DOIS ÁCIDOS GRAXOS 
MONOINSATURADOS MAIS COMUNS 
NOS TECIDOS ANIMAIS: O 
PALMITOLEATO, 16:1(▲9) E O 
OLEATO, 18:1(▲9); 
PALMITATO É O 
PRECURSOR
DESSATURAÇÃO DOS ÁCIDOS GRAXOS EM VERTEBRADOS
Os hepatócitos podem introduzir uma dupla ligação no C-9, mas não podem introduzir duplas 
ligações adicionais. Assim, não podemos sintetizar os AG essenciais.
BIOSSÍNTESE DE TRIACILGLICERÓIS
PARTE 4
LEMBRANDO...
SUBSTRATOS:
Acil CoA
graxo
Glicerol-3-
fosfato
Figa-
do e 
rins
A mesma enzima da ativação dos 
AG para a β-oxidação
BIOSSINTESE DE 
TG – 1º PASSO
A PRIMEIRA ETAPA NA BIOSSÍNTESE 
DOS TRIACILGLICERÓIS É A ACILAÇÃO
DOS DOIS GRUPOS HIDROXILA LIVRES 
DO L-GLICEROL-3-FOSFATO, POR 
DUAS MOLÉCULAS DE ACIL-COA
GRAXO, GERANDO DIACILGLICEROL-
3-FOSFATO, MAIS COMUMENTE 
CHAMADO DE ÁCIDO FOSFATÍDICO
BIOSSÍNTESE DE 
LIPÍDIOS
REGULAÇÃO DA BIOSSÍNTESE DE 
TRIACILGLICERÓIS
PARTE 5
TODO NUTRIENTE INGERIDO EM EXCESSO VAI 
SE TRANSFORMAR EM TRIACILGLICERÓIS E 
SER ARMAZENADO
O CICLO DO TRIACILGLICEROLQuando a mobilização dos ácidos graxos 
é necessária para satisfazer as 
necessidades energéticas, sua liberação 
do tecido adiposo é estimulada pelos 
hormônios glucagon e adrenalina.
O ácido graxo liberado é captado por 
diversos tecidos, incluindo os músculos, 
onde ele é oxidado para a geração de 
energia. A maior parte do ácido graxo 
captado pelo fígado não é oxidada, mas é 
reciclada a triacilglicerol e retorna ao 
tecido adiposo 
O TECIDO ADIPOSO 
GERA GLICEROL-3-
FOSFATO POR MEIO 
DA 
GLICERONEOGÊNESE
A GLICERONEOGÊNESE É UMA VERSÃO 
MAIS CURTA DA GLICONEOGÊNESE, 
PARTINDO DE PIRUVATO A DHAP,
SEGUINDO-SE A CONVERSÃO DE 
DHAP EM GLICEROL-3-FOSFATO
PELA ENZIMA CITOSÓLICA GLICEROL-
3-FOSFATO-DESIDROGENASE LIGADA 
AO NAD 
Aumentam 
a 
expressão 
dessa 
enzima
A estimulação da gliceroneogênese leva a um aumento na 
síntese de moléculas de TG no fígado e a sua liberação na 
corrente sanguínea. Ao mesmo tempo, no tecido adiposo, 
os glicocorticoides suprimem a expressão do gene que 
codifica a PEP-carboxicinase, o que resulta em um 
decréscimo na gliceroneogênese no tecido adiposo.
Como resultado, ocorre a diminuição da reciclagem dos 
AG, e mais AG livres são liberados no sangue. Assim, a 
gliceroneogênese é regulada reciprocamente no fígado e 
no tecido adiposo, afetando o metabolismo dos lipídeos 
de formas opostas:
1) uma menor velocidade da gliceroneogênese no 
tecido adiposo leva a uma maior liberação de 
ácidos graxos.
2) enquanto uma alta velocidade no fígado leva a 
uma maior síntese e exportação dos TG. 
O resultado líquido é um aumento no fluxo por meio do 
ciclo dos TG. Quando os glicocorticoides não estão mais 
presentes, o fluxo pelo ciclo diminui, já que a expressão da 
PEP-carboxicinase aumenta no tecido adiposo e diminui no 
fígado.
COLESTEROL, ESTEROIDES E 
ISOPRENOIDES:
BIOSSÍNTESE, REGULAÇÃO E 
TRANSPORTE
PARTE 6
PRECURSOR: 
Experimentos com acetato 
marcado com 14C 
Condensação
Ativação da 
molécula
Polimerização
Ciclização
ETAPA 1: SÍNTESE 
DO MEVALONATO A 
PARTIR DE ACETATO.
3 MOLÉCULAS DE ACETIL-COA SE CONDENSAM PARA 
FORMAR O HMG-COA.
AS DUAS PRIMEIRAS REAÇÕES SÃO CATALISADAS 
PELA ACETIL-COA-ACETIL TRANSFERASE E PELA 
HMG-COA-SINTASE, RESPECTIVAMENTE. 
A TERCEIRA REAÇÃO É O PASSO COMPROMETIDO 
COM A VIA: A REDUÇÃO DE HMG-COA EM 
MEVALONATO, PARA O QUAL CADA UMA DE DUAS 
MOLÉCULAS DE NADPH DOA DOIS ELÉTRONS. A 
HMG-COA-REDUTASE, PROTEÍNA INTEGRAL DE 
MEMBRANA DO RE LISO, É O PRINCIPAL PONTO DE 
REGULAÇÃO DA VIA DO COLESTEROL, COMO SERÁ 
VISTO 
Redução
Condensação
ETAPA 2:CONVERSÃO DE 
MEVALONATO EM DOIS 
ISOPRENOS ATIVADOS.
• TRÊS MOLÉCULAS DE ATP PARA O 
MEVALONATO.
ETAPA 2:CONVERSÃO DE 
MEVALONATO EM DOIS 
ISOPRENOS ATIVADOS.
• O FOSFATO LIGADO AO GRUPO 
HIDROXIL EM C-3 DO MEVALONATO
SAI, PRODUZINDO UMA LIGAÇÃO 
DUPLA NO PRODUTO DE CINCO 
CARBONOS, O ▲3-ISOPENTENIL-
PIROFOSFATO. 
• A ISOMERIZAÇÃO DESSE GERA O 
DIMETILALIL-PIROFOSFATO
ETAPA 3:CONDENSAÇÃO DE 
SEIS UNIDADES DE ISOPRENO 
ATIVADAS PARA FORMAR 
ESQUALENO.
• O ISOPENTENIL-PIROFOSFATO E O 
DIMETILALIL-PIROFOSFATO SOFREM, AGORA, 
UMA CONDENSAÇÃO “CABEÇA COM CAUDA”, 
EM QUE UM GRUPO PIROFOSFATO É 
DESLOCADO, SENDO FORMADA UMA CADEIA 
DE 10 CARBONOS, O GERANIL-PIROFOSFATO.
• ESSE SE CONDENSA COM O ISOPENTENIL-
PIROFOSFATO - - - FARNESIL-PIROFOSFATO
(15 CARBONOS).
• DUAS MOLÉCULAS DE FARNESIL SE 
CONDENSAM PARA FORMAR O ESQUALENO.
ETAPA 4: CONVERSÃO DO 
ESQUALENO NO NÚCLEO 
ESTEROIDE DE QUATRO
ANÉIS
• A ATIVIDADE DA ESQUALENO-MONOXIGENASE
ADICIONA UM ÁTOMO DE OXIGÊNIO DO O2 À 
EXTREMIDADE DA CADEIA DO ESQUALENO, 
FORMANDO UM EPÓXIDO. 
• NAS CÉLULAS ANIMAIS, ESSA CICLIZAÇÃO
RESULTA NA FORMAÇÃO DE LANOSTEROL, 
QUE CONTÉM OS QUATRO ANÉIS 
CARACTERÍSTICOS DO NÚCLEO ESTEROIDE. 
• MAIS 20 REAÇÕES SÃO NECESSÁRIAS PARA A 
PRODUÇÃO DO COLESTEROL.
ONDE OCORRE: 
Membranas das 
células dos 
hepatócitos
é exportada em uma de 
três formas: ácidos 
biliares, colesterol biliar 
ou ésteres de colesterila
ÉSTERES DE COLESTERILA
Transporte do 
colesterol nas 
lipoproteínas 
plasmáticas
lipoproteínas
Que são complexos macromoleculares de proteínas 
transportadoras específicas, chamadas apolipoproteínas, 
e várias combinações de fosfolipídeos, colesterol, ésteres 
de colesterila e triacilgliceróis.
2. Liberação de ácidos 
graxos livres (AGL) para 
esses tecidos
3. Move-se pela corrente 
sanguínea para o fígado.
4. No fígado, os remanescentes 
liberam seu colesterol.
5. No fígado, o excesso de C é 
empacotado nos VLDL.
6. ApoC-II ativa a lipase 
lipoproteica, que catalisa a 
liberação dos AG a partir dos 
TG das VLDL.. A perda de AG 
converte a VLDL em IDL
7. A remoção adicional de TG 
da IDL produz LDL. Que 
transporta colesterol para os 
tecidos extra-hepáticos.
8. A LDL também entrega 
colesterol para os macrófagos, 
algumas vezes os convertendo 
em células espumosas 
9. A LDL retorna para o 
fígado onde é captada. Via 
endógena
10. HDL se origina no fígado e 
intestino delgado e passa pelos 
tecidos coletando Colesterol e 
retorna para o fígado.
OS ÉSTERES DE COLESTERILA
ENTRAM NA CÉLULA POR 
ENDOCITOSE MEDIADA POR 
RECEPTOR
REGULAÇÃO DO COLESTEROL
PARTE 7
PONTO CENTRAL É 
A HMG-COA 
REDUTASE
• GLUCAGON ESTIMULA A 
FOSFORILAÇÃO E INATIVA A ENZIMA. 
E A INSULINA DESFOSFORILA E ATIVA 
A ENZIMA.
• COLESTEROL AUMENTADO ESTIMULA 
A ACIL-COA-COLESTEROL-
ACILTRANSFERASE (ACAT)
• ALTAS [COLESTEROL] INTRACELULAR 
INIBEM A PRODUÇÃO DE RECEPTOR 
PARA LDL, O QUAL NÃO É 
INTERNALIZADO
Dúvidas
QUESTÕES
1. DEPOIS DE UMA PESSOA TER INGERIDO GRANDE QUANTIDADE DE SACAROSE, A GLICOSE E A FRUTOSE QUE EXCEDEM AS 
NECESSIDADES CALÓRICAS SÃO TRANSFORMADAS EM ÁCIDOS GRAXOS PARA A SÍNTESE DE TRIACILGLICERÓIS. A SÍNTESE 
DE ÁCIDOS GRAXOS CONSOME ACETIL-COA, ATP E NADPH. COMO ESSAS SUBSTÂNCIAS SÃO PRODUZIDAS A PARTIR DE 
GLICOSE? 
2. NA REAÇÃO DE CONDENSAÇÃO CATALISADA PELA B-CETOACIL-ACP-SINTASE, UMA UNIDADE DE QUATRO CARBONOS É 
SINTETIZADA PELA COMBINAÇÃO DE UMA UNIDADE DE DOIS CARBONOS COM UMA UNIDADE DE TRÊS CARBONOS, E 
COM A LIBERAÇÃO DE CO2. QUAL A VANTAGEM TERMODINÂMICA DESSE PROCESSO SOBRE AQUELE QUE SIMPLESMENTE 
COMBINA DUAS UNIDADES DE DOIS CARBONOS? 
3. A BIOSSÍNTESE DE PALMITOLEATO, ÁCIDO GRAXO INSATURADO COMUM, COM UMA LIGAÇÃO DUPLA CIS NA POSIÇÃO 
D9, UTILIZA PALMITATO COMO PRECURSOR. A SÍNTESE DE PALMITOLEATO PODE SER REALIZADA EM CONDIÇÕES 
ESTRITAMENTE ANAERÓBIAS? EXPLIQUE 
4. QUANDO [14C]GLICOSE É ADICIONADA À DIETA BALANCEADA DE RATOS ADULTOS, NÃO HÁ AUMENTO NA QUANTIDADE 
TOTAL DE TRIACILGLICERÓIS ESTOCADOS, MAS OS TRIACILGLICERÓIS TORNAM-SE MARCADOS COM 14C. EXPLIQUE. 
5. O COLESTEROL EM HUMANOS PODE SER OBTIDO A PARTIR DA DIETA OU SINTETIZADO DE NOVO. UM HUMANO ADULTO 
COM DIETA POBRE EM COLESTEROL SINTETIZA, GERALMENTE, 600 MG DE COLESTEROL POR DIA NO FÍGADO. SE A 
QUANTIDADE DE COLESTEROL NA DIETA É ELEVADA, A SÍNTESE DE NOVO DO COLESTEROL É DRASTICAMENTE 
REDUZIDA. COMO OCORRE ESSA REGULAÇÃO?