14/07/2015Universidade Estadual de Londrina Departamento de Bioquímica e Biotecnologia METABOLISMO DE LIPÍDEOS Prof. Josiane Vignoli LIPÍDIOS Definição: São biomoléculas com estrutura bastante Definição: variada, porém, apesar de quimicamente diferentes exibem como característica definidora a insolubilidade em água. Estruturas químicas diversas Não são caracterizadas por algum grupo funcional comum, e sim pela sua alta solubilidade em solventes orgânicos e baixa solubilidade em água. 1 14/07/2015 Classificação dos lipídios: quanto a estrutura; quanto a função Função Função ESTRUTURA Lipídios Estruturais de Membranas Arquitetura das membranas biológicas: dupla camada de lipídeos- barreira à passagem de moléculas polares e íons; Lipídios de membrana- Anfipáticos: uma extremidade da molécula é hidrofóbica e outra hidrofílica; Classes: glicerofosfolipídeos; galactolipídeos; Lipídeos Tetraéter; esfingolipídeos e esteróis. 2 14/07/2015 Membrana Citoplasmática Funções: Barreira para a maior parte das moléculas solúveis em água, é mais seletiva do que a parede celular. GLICEROFOSFOLIPÍDIOS –Principal componente das membranas 3 14/07/2015 GLICEROFOSFOLIPÍDIOS -Principal componente das membranas ÁCIDOS GRAXOS Definição:: São ácidos carboxílicos (ácidos orgânicos caracterizados Definição pela presença do grupo carboxila [COOH]) com cadeias hidrocarbonadas (C e H) de comprimento entre 4 e 36 carbonos. Características da cadeia de hidrocarbonetos: Saturada (não contêm duplas ligações) Ramificada ou não. 4 . Insaturada (uma ou mais duplas ligações). podendo o AG se agrupar de forma mais compacta. 5 . • A conformação mais estável é a forma estendida.14/07/2015 Dupla Ligação • AGs monoinsaturados: C9 e C10 (∆9) • AGs poliinsaturados: ∆12 e ∆15 POLAR APOLAR • Nos AGs saturados a livre rotação em torno da ligação C-C confere flexibilidade à cadeia de hidrocarboneto. Nos AGs insaturados a dupla ligação em cis provoca curvatura da cadeia de hidrocarboneto. podendo o AG se agrupar de forma mais compacta. Lipídeos de Membranas LIPÍDEOS DE ARCHAE Archae: nichos ecológicos com condições extremas: altas temperaturas. • A conformação mais estável é a forma estendida. baixo pH. alta força iônica Lipídeos de membrana com hidrocarbonetos de cadeia longa ligados em cada extremidade ao glicerol por ligações éter: muito mais estáveis à hidrólise em baixo pH e alta temperatura 6 . • • AGs com duas ou mais insaturações (curvaturas) não podem se agrupar de conforma compacta como os AGs saturados.14/07/2015 • Nos AGs saturados a livre rotação em torno da ligação C-C confere flexibilidade à cadeia de hidrocarboneto. 14/07/2015 ÁCIDOS GRAXOS: CLASSIFICAÇÃO QUANTO AO TAMANHO DA CADEIA 7 . Fosforilação Oxidativa. vários bacilos.14/07/2015 ÁCIDOS GRAXOS DE BACTÉRIAS Não ocorrem livres em bactérias. coli). E. OXIDAÇAO DOS ÁCIDOS GRAXOS: β-OXIDAÇÃO. Fosfoglicerídeos: importante componente estrutural de membranas. Ciclo de Krebs. Covalentemente ligados a outras moléculas: estão esterificados a derivados do glicerolfosfato: fosfoglicerídeos. 8 . Esterificados também a carboidratos e proteínas . ÁCIDOS GRAXOS PROCARIONTES Muitas bactérias podem crescer em ácidos graxos (Pseudomonas. NADH e FADH2 através do ciclo do ácido cítrico.os elétrons provenientes das reações acima passam pela cadeia respiratória produzindo ATP.os grupos acetil são oxidados a CO2.um ácido graxo de cadeia longa é oxidado para produzir resíduos de acetil –CoA.14/07/2015 ESTÁGIOS DA OXIDAÇÃO LIPÍDICA • Estágio 1. NADH e FADH2. • Estágio 3. β-Oxidação 9 . • Estágio 2. Catabolismo de Lipídeos. 10 .Eucariotos Ácidos graxos com 12C ou menos podem penetrar a membrana mitocondrial sem o auxílio de transportadores. é necessário um TRANSPORTADOR DE CARNITINA. Assim. • A formação de éster com CoA é energeticamente custosa: ENERGIA equivalente a 2 MOLÉCULAS DE ATP SERÃO NECESSÁRIAS PARA ATIVAÇÃO. Grande parte das cadeias de triglicerídeos possuem mais de 12C.14/07/2015 β-Oxidação Formação dos acil-coA graxos • Logo que entram na célula os gliceróis e cadeia carbônica devem ser ativados com a ligação da coenzima A. A carnitina elimina a coenzima A da molécula de acil-CoA graxo.14/07/2015 β-Oxidação Entrada dos ácidos graxos com mais de 12C na mitocôndria pelo transportador de CARNITINA 1. 3. A proteína transportadora carnitina aciltranferase – I localizada na membrana mitocondrial externa conduz a molécula a matriz mitocondrial. Isto impede que os ácidos graxos sejam sintetizados e degradados ao mesmo tempo. 2. β-Oxidação Por que os acil-coA graxos necessitam de um transportador sendo que dentro e fora da mitocôndria será a mesma molécula acil-coa graxo? -> Porque se só entrassem acil-coA graxos poderia reduzir as reservas de coenzima A no citosol. 11 . formando a acilcarnitina ou acil graxo carnitina. A carnitina acil-transferase é inibida por malonil-CoA. Ligada a membrana mitocondrial interna a carnitina aciltransferase –II converte a acil-carnitina em acil-CoA graxo. o 1º intermediário da biossíntese de lipídeos. • Passo 2 . nos átomos de carbono α e β. • Passo 3 .Tiólise: clivagem dependente de CoA pela tiolase B-cetoacil-CoA liberando 1 acetil-CoA e 1 acil-coA graxo. • Passo 4 . Esse acil – coA graxo participa novamente até que seja encurtado em 2 C. o acil-CoA graxo saturado sofre desidrogenação enzimática pela ação da acil-CoA desidrogenase.Hidratação: uma molécula de água é adicionada à dupla ligação do transD2-enoil-CoA pela ação da enoil-CoA hidratase. Os hidrogênios retirados do acil-CoA graxo são transferidos para o FAD produzindo o FADH2.Desidrogenação: Depois de penetrar na matriz mitocondrial. • Passo 1 .Desidrogenação: L-hidroxiacil-CoA é desidrogenado pela ação da bcetoacil-CoA desidrogenase com NAD+ ligado. 12 .14/07/2015 β -Oxidação de Ácidos Graxos em 4 passos Na β-oxidação em cada um dos 4 passos um resíduo de acetil é removido na forma de acetil-CoA na extremidade carboxila da molécula de ácido graxo. Hidratação pela enoil hidratase.14/07/2015 β-Oxidação do ácido palmítico β-Oxidação do ácido palmítico • O ácido palmítico. 4. 1. vai sofrer sete reações oxidativas perdendo em cada uma delas a forma de acil-coa graxo e acetil-coA. 2. 5. que é um ácido graxo de 16 carbonos. restando 14C. Clivagem pela tiolase liberando acil-coA graxo com 14C e acetil-coA. 3. O AcilcoA graxo retorna e sofre as 4 reações totalizando 7 ciclos e liberando 8 acetil-COA. Desidrogenação pela hidroxiacil –coa. Formação do palmitoil-coA pela acil-coA sintase. liberando 1 NADH. 13 . Desidrogenação e liberação de 1 FADH2 + acil-coA graxo . 14/07/2015 β-Oxidação do ácido palmítico • O saldo final da oxidação total do palmitato é: * Considerando –se que cada NADH= 2.5 ATP e FADH2= 1.5 ATP β-Oxidação 14 . 3.14/07/2015 β-Oxidação de ácidos graxos insaturados • Mais comum. • Necessário 2 enzimas adicionais: isomerase e hidratase. Esse produto não serve de substrato para a enoil-CoA-hidratase. No primeiro estágio da oxidação o oleato é convertido em oleil-CoA e entra na membrana pelo transportador de carnitina. • As duplas estão em cis e não podem ser hidratadas.Oxidação 1.CoA e o éster de coenzima A de um ácido graxo insaturado de 12 Carbonos.CoA isomerase) este produto é convertido e em seguida ele sofre oxidação normal. PASSOS DA β. • Oleato é um ácido graxo abundante com 18C e monoinsaturado. Com a ação de uma isomerase ( enoil. O oleil-coA passa 3 vezes pelo ciclo de oxidação e produz 3 Acetil. 2. β-Oxidação de ácidos graxos monoinsaturados 15 . no caso do linoleato.14/07/2015 β-Oxidação de ácidos graxos de cadeia poliinsaturada • Linoleato.CoA isomerase e 2. e portanto. menos equivalentes redutores podem ser produzidos 16 .18 C 3 voltas e uma molécula de 12 C • Requer uma enzima auxiliar redutase. • Ação combinada da enoil.4 dienoil-CoA-redutase β-Oxidação de ácidos graxos insaturados • A oxidação de ácidos graxos insaturados fornece menos energia que a oxidação dos ácidos graxos saturados • Os insaturados são menos reduzidos. libera acetil –coA e propionil-CoA. envovendo 3 enzimas e requer o cofator biotina. O acetil-coA pode ser oxidado pela via do ácido cítrico. só que o último substrato é um acil-coA graxo com 5 carbonos. mas o propionil-coA toma uma via enzimática diferente . 17 . Quando este é clivado mais uma vez.14/07/2015 β-Oxidação de ácido graxos com número ímpar Os ácidos graxos passam pelas mesmas reações da β-oxidação. -> Concentrações altas de NADH/NAD+ inibe a desidrogenase β-hidroxiacil –CoA. o transporte de carnitina irá definir a oxidação até acetil-coA.14/07/2015 Regulação da β-Oxidação oacil-coA graxo pode seguir 2 caminhos: β-oxidação ou conversão em fosfolipídeos. inibindo a carnitina aciltranferase I. -> A concentração de malonil-coA. graxos aumenta sempre que o suprimento de carboidrato aumenta. o 1º intermediário da biossíntese de ác. Regulação da βOxidação NADH ACETIL CoA a X a X 18 . Assim. -> A velocidade de transferência para o interior das mitocôndrias dos acil-coA graxos define qual será a via a ser tomada. -> Concentrações altas de acetil-coA inibe a tiolase. 14/07/2015 Biossíntese de lipídios Profº Josiane Vignoli Síntese de lipídios • Constituintes de membranas • Co-fatores enzimáticos (vitamina K) • Ancoras para proteínas de membranas Capacidade de sintetizar de lipídios é essencial para todos os organismos 19 . 14/07/2015 Quando ocorre a síntese de lipídios? Síntese de lipídios: visão geral AMINOÁCIDOS CARBOIDRATOS GLICEROL ACETIL-CoA ÁCIDO GRAXO ÁCIDO FOSFATÍDICO TRIACILGLICEROL COLESTEROL Corpos Cetônicos GLICEROFOSFOLIPÍDIOS 20 . -oxidação x síntese: compartimentos celulares distintos.14/07/2015 Local de síntese dos ácidos graxos -EUCARIOTOS -Ocorre no citosol . Síntese β-oxidação Síntese de lipídios 21 . enzimas distintas e reações enzimáticas distintas --Enzimas biossintéticas existem em um complexo multienzimático. como enzimas separadas.-oxidação x síntese: enzimas distintas e reações enzimáticas distintas. -Enzimas presentes no citosol.14/07/2015 Local de síntese dos ácidos graxos -PROCARIONTES -Ambos: síntese e degradação ocorrem no citosol . . para o citosol (esta etapa 2) Síntese de Malonil-CoA 3) Carregamento da ACP 4) Sequência de reações da ácido graxo sintase 22 . Etapas da síntese dos ácidos graxos 1) Transporte de acetil-CoA somente para eucariotos). 14/07/2015 EucariotosTransporte de acetil-CoA para o citosol Fontes de NADPH para a síntese de ácidos graxos O NADPH necessário para a síntese de ácidos graxos é proveniente da reação da enzima málica e pela via das Pentose Fosfato 23 . 14/07/2015 Síntese de malonil-CoA Síntese de malonil-CoA • Além do acetil-CoA. a síntese de ácidos graxos requer a participação de um intermediário de 3 carbonos • Reação irreversível catalisada pela Acetil-CoA carboxilase • Possui a biotina como grupo prostético Malonil-CoA 24 . Biotina carboxilase .Transfere o CO2 da biotina para o acetil-CoA Síntese de malonil-CoA 25 . Biotina transcarboxilase .para a biotina 3.Transfere o CO2 do HCO3. Proteína carreadora de biotina 2.14/07/2015 Síntese de malonil-CoA Acetil-CoA carboxilase tem três domínios funcionais: 1. Desidratação 4.Redução •Complexo da ácido graxo sintase •Ao final de cada ciclo a molécula de ácido graxo é alongada em 2 carbonos Ácido-graxo sintase • Em eucariotos. mas na verdade. ocorre através de uma sequência de reações em 4 passos: 1.Condensação 2-Redução 3.14/07/2015 A biossíntese de ácidos graxos parece complicada. os sítios ativos estão localizados em um grande polipeptídio • O sítio ativo de cada enzima é encontrado dentro de um domínio • A ACP é o transportador que mantém o sistema unido • Braço flexível onde encontra-se a cadeia do ácido graxo em crescimento KS: β-Cetoacil-ACP sintase MAT: Malonil/acetil-CoA-ACP transferase DH: β-hidroxiacil-ACP desidratase ER: Enoil-ACP redutase KR: β-Cetoacil-ACP redutase ACP: Proteína carregadora de acetil TE: tioesterase (libera o palmitato produzido) 26 . 14/07/2015 Carregamento da ácido graxo sintase com os grupos acila -O grupo acetil da acetil-CoA é transferido para o resíduo de cys da cetoalcil-ACP-sintase ACP -O grupo malonil do malonil-CoA é transferido para o SH da ACP -cetoalcil -ACP -sintase -Ação da transferase malonil/acetil-CoA-ACP O grupo malonil está ligado ao ACP via grupo prostético fosfopantoteína Reação 1: Condensação ACP • Transferência grupo acetil da acetil CoA para o grupo malonil (ACP) formando o acetoacetil ACP (catalisado pela -cetoacil-ACP sintase) -cetoacil ACP sintase •O CO2 eliminado é o mesmo introduzido na acetilCoA proveniente do HCO3•A condensação de 2 acetil-CoA é desfavorável (-cetoacil-ACP sintase) •O envolvimento do malonil CoA torna o processo favorável Acetoacetil ACP ACP 27 . ACPdesidratase Reação catalisada pela hidroxiacilACPdesidratase 28 .14/07/2015 Reação 2: Redução ACP Acetoacetil ACP •O acetoacetil ACP sofre redução no carbono 3 •Reação catalisada pela β-cetoacil-ACP redutase •Formação do β-hidroxibutiril-ACP (ligado a ACP) Redução β-cetoacil-ACP redutase •O doador de elétrons é o NADPH ACP β-hidroxibutiril-ACP Reação 3: Desidratação β-hidroxibutiril-ACP • Elementos da H2O são removidos do C2 e C3 do β- hidroxibutiril-ACP • -hidroxiacil. ACPdesidratase β-cetoacil-ACP redutase 29 .14/07/2015 Reação 4: Redução • Redução da dupla ligação • Reação catalisada pela enzima enoil-ACP-redutase enoil-ACP-redutase • Formação de butiril-ACP • NADPH é o doador de elétrons butirilACP • 1 volta se completa com produção de um acil-graxo-ACP de 4 carbonos (butiril-ACP) Sequência de eventos para síntese do palmitato -cetoalcil -ACP sintase A cada ciclo a molécula é aumentada em 2 carbonos enoil-ACP-redutase -cetoalcil -ACP sintase -hidroxiacil. 14/07/2015 Início da segunda rodada da síntese de ácidos graxos • O grupo butiril (4C) foi transferido do ACP para a cetoalcil-ACP-sintase • O ACP está livre para receber outro malonil-CoA • Condensação do grupo butiril (que está no lugar do acetil-CoA) ao malonil-CoA • Ao final deste ciclo será formado uma molécula de 6 carbonos Processo global da síntese do palmitato ACP -cetoacil ACP sintase 30 . 31 .14/07/2015 Reação global para síntese do palmitato Formação do malonil Formação do palmitato + 14 H+ + 6 H2O Reação global + 14 H+ + 6 H2O Regulação da biossíntese de ácidos graxos Eucariotos: Regulação alósterica: -Palmitoil-CoA inibe a acetil-CoA carboxilase Citrato ativa a acetil-CoA carboxilase (síntese de malonil-Coa) Procariotos MECANISMO NÃO FOI TOTALMENTE ELUCIDADO Sugere-se que envolve uma inibição por retroalimentação de uma enzima da síntese. por uma cadeia de acil-acp. Deve ser regulado já que não há acúmulo de ácido graxo nestes organismos. A síntese dos fosfoglicerídeos em procariotos é um sistema complexo envolvendo muitas reações enzimáticas.14/07/2015 Síntese de outros ácidos graxos: reações de alongamento e dessaturação Síntese de glicerofosfolipídeos ProcariotosQdo a cadeia de ácido graxo está completa é imediatamente transferida para a membrana fosfolipídica pela glicerol fosfato aciltransferase. 32 . vegetais e bactérias é um sistema Cada etapa da síntese é catalisada por uma enzima distinta.14/07/2015 SÍNTESE DE ÁCIDOS GRAXOS DE VEGETAIS E BACTÉRIAS A ácido graxo de dissociado. inclusive ácidos graxos saturados de vários comprimentos. Os intermediários podem ser desviados para outras vias. A enzima gera uma variedade de produtos. ramificados e hidróxi-ácidos graxos. 33 . assim como insaturados.