QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. BOLILLA 7 (Ing. en Alim.):Metabolismo de lípidos. Digestión y absorción. Rol como nutrientes. Resíntesis intestinal de triglicéridos. Transporte de lípidos. Rol de las lipoproteínas. Composición química y funciones. Oxidación de ácidos grasos saturados. Carnitina. Activación, beta oxidación, distintas etapas. Oxidación de los ácidos grasos insaturados y con numero impar de átomos de carbono. Balance energético. Formación de cuerpos cetónicos. Oxidación peroxisómica de ácidos grasos. Biosíntesis de ácidos grasos saturados. Acido graso sintetasa. Regulación. Síntesis de ácidos grasos insaturados. Acidos grasos esenciales. Biosíntesis de triglicéridos y fosfoglicéridos. Síntesis de colesterol: Generalidades. El colesterol como precursor de otros compuestos de importancia biológica. BOLILLA 7 (Lic. en Biol. Molec.): METABOLISMO DE LIPIDOS. Biosíntesis de ácidos grados saturados. Complejo multienzimático: Acido graso sintetasa. Regulación hormonal. Requerimiento energético. Elongación de los ácidos grasos. Desaturación de ácidos grasos. Acidos grasos esenciales. Eicosanoides: Prostaglandinas. Tromboxanos. Leucotrienos. Precursores. Generalidades de la síntesis. Aspectos clínicos. Biosíntesis de triglicéridos y fosfoglicéridos: precursores y enzimas. Metabolismo de colesterol. Regulación. Excreción. Relación con procesos patológicos. Biosíntesis y degradación de ácidos biliares. Funciones. Aspectos clínicos. Integración del metabolismo de carbohidratos y lípidos.

METABOLISMO INTERMEDIO Conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en las células y tejidos.

QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. Ácidos biliares

Funciones de los lípidos QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. Funciones de los lípidos Fuente de reserva energética (Triglicéridos) Componentes de membranas (Fosfolípidos y Colesterol) Reguladores Biológicos (hormonas esteroideas) Pigmentos (retinol, carotenos) Cofactores (vitamina K) Detergentes (ácidos biliares) Transportadores (dolicoles) Mensajeros celulares (eicosanoides, derivados de fosfatidil inositol) Ancladores de proteínas

La síntesis de Ac. Grasos de hasta 16 C ocurre en el citosol celular. QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. Cuando la ingesta de lípidos supera las necesidades energéticas, el exceso se almacena como reserva en forma de TG. Los restos de Acetil-CoA provenientes de la β-oxidación y de la degradación de glucosa o de cadenas carbonadas de algunos aminoácidos, pueden utilizarse para sintetizar Acidos Grasos. Estos se incorporan al glicerol para ser almacenados como Triglicéridos, o sintetizar Fosfolípidos. La síntesis de Ac. Grasos de hasta 16 C ocurre en el citosol celular. La elongación de Ac. Grasos preexistentes se realiza en el sistema microsomal del RE liso y, en menor medida, en las mitocondrias.

Sintesis de ácidos grasos Relación entre el Metabolismo de los H. de C. y la Biosíntesis de Ácidos Grasos CITOSOL GLICOLISIS Sintesis de ácidos grasos Carbohidratos Piruvato Cuerpos cetónicos cetogénesis b-oxidación MITOCONDRIA Acetil-CoA Citrato Oxalacetato Ácidos grasos Acil-CoA Acil- Carnitina

SINTESIS DE NOVO DE ACIDOS GRASOS Síntesis de ácidos grasos QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. SINTESIS DE NOVO DE ACIDOS GRASOS Los ac. grasos se sintetizan en el citosol a partir de acetil-CoA que se produce en la mitocondria por lo tanto es necesario que estos últimos sean transportados afuera de las mitocondrias. Síntesis de ácidos grasos Citrato liasa Citrato sintasa (CK)

Etapas de la Síntesis de Ac. Grasos QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. Etapas de la Síntesis de Ac. Grasos Comprende: I) Formación de malonil-CoA por la Acetil-CoA carboxilasa (ACC). II) Reacciones catalizadas por el complejo multienzimático de la Ácido graso sintasa (AGS).

I) Formación de malonil-CoA QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. I) Formación de malonil-CoA Es una carboxilación que requiere HCO3- como fuente de CO2. Catalizada por Acetil-CoA carboxilasa que usa biotina (vit B7) como coenzima. Es el principal sitio de regulación de la síntesis de Acs. Grasos. HCO3-

Mecanismo de Reacción de la Acetil-CoA carboxilasa Transcarboxilasa Biotina carboxilasa Biotina carboxilasa Transcarboxilasa Mecanismo de Reacción de la Acetil-CoA carboxilasa

II) Reacciones de la Acido graso sintasa (AGS) QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. II) Reacciones de la Acido graso sintasa (AGS) Síntesis de ac. grasos de hasta 16 C. La AGS esta formada por 2 subunidades, cada una con 3 dominios: Dominio 1: ingreso de sustratos y unidad de condensación. Contiene 3 enzimas: - Acetil transferasa (AT) - Malonil transferasa (MT) - Enzima condensante (KS) con un resto de cisteína (Cys-SH). Dominio 2: unidad de reducción. Contiene 3 enzimas: - Cetoacil reductasa (KR) - Hidroxiacil deshidratasa (HD) - Enoil reductasa (ER) Posee la porción transportadora de acilos ACP. Dominio 3: liberación de ácidos grasos. Posee la enzima: - Tioesterasa o Deacilasa. Una subunidad de AGS 11

1- Transferencia de acetato. QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. 1- Transferencia de acetato. Una molécula de Acetil-CoA ingresa y la Acetil transferasa (AT) transfiere el resto acetilo al sitio activo de la enzima condensante (KS) liberando la CoA-SH.

2-Transferencia de malonilo. QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. 2-Transferencia de malonilo. El Malonil-CoA formado en la reacción de la ACC, ingresa y se une al residuo de Fosfopanteteína de la Proteína Transportadora de Acilos (ACP) por acción de la Malonil transferasa (MT) liberando CoA-SH. 13

3- Condensación de restos acetilo con malonilo QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. 3- Condensación de restos acetilo con malonilo El carboxilo libre del malonilo se separa como CO2. Se produce la unión de acetilo y malonilo catalizada por la enzima condensante (KS) para formar β-cetobutiril-ACP. Se libera el acetilo de la enzima condensante.

4- Primera reducción (reducción del grupo ceto). QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. 4- Primera reducción (reducción del grupo ceto). El β-cetobutiril-ACP formado se reduce a hidroxi-butiril-ACP por acción de la β-cetoacil-ACP reductasa (KR). Los H necesarios para las reducciones provienen de NADPH que se forma en la vía de las pentosas y, en menor cantidad, en la reacción catalizada por la enzima málica. δ β α β

QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. 5- Deshidratación Se pierde una molécula de agua para formar el Δ2-enoil-ACP, en la reacción catalizada por la 3-hidroxiacil-ACP deshidratasa (HD).

6- Segunda reducción (saturación del enlace C-C) QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. 6- Segunda reducción (saturación del enlace C-C) El compuesto insaturado es hidrogenado por acción de la enoil-ACP reductasa (ER). Los H necesarios para la reduccion del doble enlace, provienen del NADPH que se genera en la vía de las pentosas y, en menor cantidad, por la enzima málica. Enoil-ACP reductasa NADPH+H+ NADP+

El ciclo se repite hasta llegar a Palmitoil-ACP (16 C). QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. 7- Translocación La cadena en elongación unida al grupo fosfopanteteína de la ACP es translocada al residuo de cisteína de la enzima condensante (KS). El grupo fosfopanteteína queda libre para la unión al siguiente malonilo, comenzando un nuevo ciclo de biosíntesis. El ciclo se repite hasta llegar a Palmitoil-ACP (16 C). Malonil-CoA Butiril-EC

Esquema Complejo AGS en animales QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. Esquema Complejo AGS en animales Hidratasa Acetil Transacilasa Malonil Transacilasa Enoil reductasa Tioesterasa Cetoacil sintasa Cetoacil reductasa ACP Subunidad I  4´Fosfo panteteína  Cisteína   SH SH SH SH   4´Fosfo panteteína Cisteína   Subunidad II Cetoacil sintasa ACP Acetil Transacilasa Tioesterasa Malonil Transacilasa Hidratasa Cetoacil reductasa Enoil reductasa

Tioesterasa o Deacilasa QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. Enzima condensante β-cetoacil-ACP reductasa 3-OH-acil-ACP deshidratasa Enoil-ACP reductasa Hexanoil-ACP Malonil-CoA 2do. ciclo CITOSOL Palmitoil-ACP 5 Malonil-CoA 3ro.- 7mo. ciclo Tioesterasa o Deacilasa Palmitato (16C) + ACP-SH H2O

Balance global de la síntesis de ácidos grasos QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. Balance global de la síntesis de ácidos grasos Para la síntesis del palmitato (C16) se requieren 7 ciclos de elongación y la reacción neta sería: Acetil-CoA + 7 Malonil-CoA + 14 NADPH + 14 H+ → Palmitato (16C) + 7 CO2 + 14 NADP+ + 8 CoA-SH + 6 H2O Teniendo en cuenta la reacción previa de activación por la que tiene que pasar cada molécula de Acetil-CoA, a excepción de la primera, 7 Acetil-CoA + 7 CO2 + 7 ATP → 7 Malonil-CoA + 7 ADP + 7 Pi El balance global será: 8 Acetil-CoA + 7 CO2 + 7 ATP + 14 NADPH + 14 H+ → Palmitato (16C) + 8 CoA-SH + 7CO2 + 14 NADP+ 6 H2O + 7 ADP + 7 Pi

polimérica, filamentosa REGULACION DE LA BIOSINTESIS DE ACS. GRASOS Insulina (+) Fosfatasa Pi P ACC fosforilada monomérica (inactiva) ACC desfosforilada polimérica, filamentosa (activa) Quinasa ATP ADP Glucagón y Adrenalina (+)

REGULACION DE LA BIOSINTESIS DE ACS. GRASOS - Regulacion de la ACC a nivel transcripcional (ADN-ARN) La dieta actúa a nivel de la síntesis de la proteína enzimática por lo que el efecto es tardío ó mediato. Así por ejemplo: a) una dieta rica en hidratos de carbono y/o proteínas, supera las necesidades energéticas de la célula, en consecuencia el acetil CoA que se produce en la degradación de dichos compuestos se utiliza para la síntesis. b) una dieta rica en ácidos grasos poliinsaturados (PUFAs) inhibe la síntesis de la ACC y disminuye la formación de ácidos grasos. 24

QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

Desaturación Elongación (Solo en plantas) Síntesis de Acs. Grasos de cadena más larga (18C y más) y de Acs. Grasos insaturados. Acidos grasos esenciales

Elongación de Acs. Grasos Sistema microsomal (RE liso) Palmitato + CoA-SH Palmitoil-CoA Tioesterasa (palmitoil-CoA, 16C) (estearoil-CoA, 18C) Elongasa Deshidratasa Reductasa Reductasa

Elongación de Acs. Grasos deshidratasa Elongación de Acs. Grasos Sistema mitocondrial

Síntesis de ácidos grasos insaturados - Sistema de transporte electrónico en la membrana del RE liso Δ9-desaturasa C16 palmitoil-CoA C16 Δ9-palmitoleil-CoA

Desaturación Elongación Síntesis de Acs. Grasos de cadena más larga (18C y más) y de Acs. Grasos insaturados. Elongación Desaturación Desaturación (Solo en plantas) Acidos grasos esenciales Desaturación Desaturación (Solo en plantas) Elongación Desaturación

Funciones de los lípidos QUIMICA BIOLOGICA Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim. Funciones de los lípidos Fuente de reserva energética (Triglicéridos) Componentes de membranas (Fosfolípidos y Colesterol) Reguladores Biológicos (hormonas esteroideas) Pigmentos (retinol, carotenos) Cofactores (vitamina K) Detergentes (ácidos biliares) Transportadores (dolicoles) Mensajeros celulares (eicosanoides, derivados de fosfatidil inositol) Ancladores de proteínas

Biosíntesis de triglicéridos (Fraccion microsomal del RE liso) GLU VG (Tej. Adiposo, musculo) GLICEROL GQ ATP ADP (hígado, riñón, intestino, gl. mamaria) Triglicéridos Glicerofosfolípidos

Unión del grupo de cabeza (serina, colina, etanolamina, etc.) Ac. Fosfatidico fosfatasa Acil transferasa Unión del grupo de cabeza (serina, colina, etanolamina, etc.) Triacilglicerol Glicerofosfolípido Biosíntesis de Triglicéridos

Bibliografia Bibliografía Complementaria 1- BLANCO A., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 8a edic., Bs. As. (2007). 2- LEHNINGER, A.L., "Principios de Bioquímica", Ed. Omega, 4ª ed. (2008). 3- Docentes de Química Biológica, “QUIMICA BIOLOGICA Orientada a Ciencias de los Alimentos”, Nueva Editorial Universitaria de la Universidad Nacional de San Luis. 4- MURRAY R y col., “Bioquimica de Harper”, Ed. El Manual Moderno, 14º ed. (1997). Bibliografía Complementaria 1- CAMPBELL Y FARREL, “Bioquimica”, Thomson Eds., 4ta. Ed., (2005). 2- LIM M.Y., “ Lo esencial en Metabolismo y Nutrición”, Ed. Elsevier, 3ra. ed., Barcelona (2010).