Biosíntesis de ácidos grasos Química Biológica II Bioq. María Victoria Aguirre

Objetivos Conocer las etapas de la sìntesis de los ácidos grasos Distinguir los componentes del complejo de la acido graso sintasa Conocer los mecanismos de elongación y desaturación de los ácidos grasos Comparar las similitudes y diferencias entre la biosíntesis y la beta-oxidación de los ácidos grasos

El desafío: Ac-CoA en citosol De dónde proviene? La degradación de algunos AA produce acetil-CoA citosolico La oxidacion de ac. grasos produce acetil-CoA mitocondrial Glicolisis rinde piruvato citosolico que es convertido a acetil-CoA en mitocondria La lanzadera malato-piruvato provee unidades de acetato citosolico y equivalentes reductores para la síntesis de àc. grasos 6

Acetil-CoA Carboxilasa (ACC) La carboxilacion de Acetil-CoA a malonil-CoA es el paso irreversible y crítico de la biosìntesis ACC usa bicarbonato, ATP y biotina La enzima eucarionte es una cadena polipeptídica con tres funciones: proteìna portadora de carboxilbiotina, biotina carboxilasa y transcarboxilasa 7

El cebador de la sìntesis es una molecula de acetil-CoA, Las demàs unidades se carboxilan luego a malonil-CoA. La carboxilación es ATP-dependiente y necesita energía. El CO2 se pierde durante la condensación de 2 C. La descarboxilación espontánea impulsa la reacción.

La reacción neta de la AcetilCoA Carboxilasa:: HCO3- + ATP + acetil-CoA  ADP + Pi + malonil-CoA

La Biotina está unida a la enzima por una unión amida entre el COO- de la biotina y el grupo e-amino de un residuo de lisina. Se forma así un brazo largo y flexible que permite al anillo de biotina translocarse entre los 2 sitios activos.

Otras características de ACC… ACC forma polímeros filamentosos activos a partir de protómeros inactivos ACC està cuidadosamente regulada por catalizar el paso comprometido de la síntesis. El producto (Palmitoil-CoA ) favorece la presencia de monómeros El citrato favorece a la forma activa polimérica La fosforilación modula la activación por citrato y la inhibición por palmitoil-CoA. 8

Estructura del complejo de la ácido graso sintetasa

La ácido graso sintetasa es una gran molécula con múltiples sitios activos * Brink, Jacob et al. (2002) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 138-143

Características de la àc. graso sintasa de mamíferos Todos los sitios activos se ubican en una sola cadena polipeptídica, pero las cadenas tienen que trabajar como dímeros para ser activas Solamente en estado polimerizado (polímeros en bacterias y dímeros en eucariontes) la enzima es activa La sìntesis de àc grasos llega hasta palmitato (16 C), la elongación y desaturación se producen en retículo endoplásmico.

El grupo 4’ fosfopanteteìna se halla en la ACP (proteìna carrier de acilos) de la sintasa y en la Coenzima A

Grupos prosteticos de la ac. Graso sintetasa: El tiol de la cadena lateral del residuo de cisteína del residuo de la enzima condensante. El tiol de la fosfopanteteína, es equivalente a parte de la estructura de la Coenzima A. 

Fosfopanteteína está unida covalentemente unida a un OH de la serina a la proteína transportadora de acilos ( acyl carrier protein- ACP ) de la acido graso sintetasa.  El brazo largo y flexible de la fosfopanteteina ayuda a mover el acilo unido al grupo SH de un sitio activo a otro dentro del complejo. 

NADPH + H+

NADPH + H+

NADPH + H+

Procesamiento posterior de los acidos grasos Alargamiento en mitocondria y RE Introducción de dobles enlaces Cis Los eucariotas adicionan dobles enlaces en la mitad de la cadena a diferencia de los procariotas que lo hacen mientras el sitio de ataque está próximo al de fijación a la ACP En eucariotas la desaturación necesita de la incorporación de O2 La poliinsaturación difiere en plantas y animales. 13

La elongacion de Ac. Grasos en mitocondria involucra reacciones similares a las de b-oxidacion en sentido inverso actuando el NADPH como reductor. Los acidos grasos poliinsaturados esterificados a CoA son sustratos para la maquinaria de elongación del RE, que usa malonilCoA como donante de 2 unidades de carbono. La secuencia de reacciones es similar a la AGS pero los pasos individuales se catalizan por proteinas aisladas. Una familia de enzimas llamadas Acido graso Elongasas cataliza el paso inicial de elongación para la formación de acidos grasos poliinsaturados

Las Desaturasas introducen dobles enlaces en posiciones específicas. Las cèlulas mamìferas no pueden formar dobles enlaces del tipo D12 o posteriores. Ciertos acidoss grasos son de tipo esenciales dietarios, e.j., ac. linoleico , 18:2 cis D9,12

La formación de C=C involucra las siguientes proteínas del RE: NADH-cit b5 Reductasa, flavoproteina con FAD como grupo prostético. Citocrome b5, que puede estar aislado o ser un dominio del extremo de una desaturasa. Desaturasa, con un sitio activo con 2 átomos de Fe acomplejados con residuos de histidina.

La desaturasa cataliza una reacción mixta oxidativa. 4-electrones reducen al O2  2 H2O y el àc. graso se oxida formando el doble enlace. 2e- pasan desde NADH a la desaturasa según: NADH  FAD  cit b5  desaturasa 2e- son extraídos del ác. graso cuando se forma el C=C. E.j., la reacción neta para la desaturación del estearato (18:0) para formar oleato (18:1 cis D9) es: Estearato + NADH + H+ + O2  oleato + NAD+ + 2H2O

Regulación de la síntesis de ác. grasos Modulación alostérica, fosforilación y hormonas Malonil-CoA bloquea la acción de la carnitin aciltransferasa  inhibe la beta-oxidacion Citrato activa la acetil-CoA carboxilasa Acil grasos Co-As inhiben a la acetil-CoA carboxilasa La actividad de ACC està regulada por hormonas Glucagon activa lipasas/inhibe ACC Insulina inhibe lipasas/activa ACC 14

Acetil-CoA Carboxilasa, cataliza el paso crítico de la síntesis. La enzima mamífera está regulada por fosforilación control alosterico. Los Cambios conformacionales asociados con la regulación: En la conformación activa, Acetil-CoA Carboxilasa forma complejos filamentosos multiméricos. La transición a la forma inactiva se produce por disociación para dar la forma monomerica (protomeros).

La PKA dependiente de AMPc cataliza la inibición de la ACC por fosforilación. La disminución de producción de malonil-CoA previene la biosintesis de ac. grasos cuando la energía celular es insuficiente.

La cascada del AMPc A activada por glucagon & adrenalina cuando hay hipoglucemia, puede producir tambien fosforilación de ACC por la PKA AMPc-dependiente. Con ACC inhibida, la acetil-CoA permanece disponible para la síntesis de cuerpos cetónicos (combustible alternativo).

El efecto antagonista de la insulina, producida cuando hay hiperglucemia se atribuye a la activación de la protein fosfatasa.

La acido graso sintasa está transcripcionalmente regulada. En hígado: Insulina, estimula la expresión de la ácido graso sintetasa. El exceso de glucosa se almacena como grasas. Los factores de transcripcion que median los efectos estimulatorios de la insulina incluyen a USFs (upstream stimulatory factors) y la proteína SREBP-1(sterol response element binding proteins) identificadas primariamente en la regulación de la síntesis de colesterol. Los acidos grasos poliinsaturados disminuyen la transcripción del gen de la Acido graso sintetasa

En adipocitos: Expresion de SREBP-1 y de acido graso sintasa se inhibe por la leptina, una hormona que regula el apetito y el metabolismo de los lipidos. Leptina se produce por los adipocitos en respuesta al depósito lipidico. Regula el peso corporal disminuyendo la ingesta, aumentando el gasto calórico e inhibiendo la síntesis de ácidos grasos.

Diferencias entre la síntesis y b oxidación de los ácidos grasos 4