QUIMICA BIOLOGICA Lic. y Prof. en Ciencias Biológicas BOLILLA 7: Metabolismo de lípidos. Biosíntesis de ácidos grasos saturados. Regulación. Requerimiento energético. Elongación de ácidos grasos. Desaturación de ácidos grasos. Acidos grasos esenciales. Biosíntesis de triacilglicéridos, fosfoglicéridos: precursores y enzimas. Metabolismo del colesterol. Regulación. Excreción.

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

QUIMICA BIOLOGICA Lic. y Prof. en Ciencias Biológicas Ácidos biliares

La síntesis de Ac. Grasos de hasta 16 C ocurre en el citosol celular. QUIMICA BIOLOGICA Lic. y Prof. en Ciencias Biológicas 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

Características generales de la Biosíntesis de ácidos grasos En animales es muy activa en hígado y glándula mamaria La biosíntesis de ácidos grasos (lipogénesis) tiene lugar en el CITOSOL, en plantas en los CLOROPLASTOS. Es un proceso endergónico: Utiliza ATP Consume equivalentes de reducción: NADPH Es activa cuando el aporte energético es superior a las necesidades de la células

SINTESIS DE NOVO DE ACIDOS GRASOS Síntesis de ácidos grasos QUIMICA BIOLOGICA Lic. y Prof. en Ciencias Biológicas 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. y Prof. en Ciencias Biológicas 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. y Prof. en Ciencias Biológicas 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-

II) Reacciones de la Acido graso sintasa (AGS) QUIMICA BIOLOGICA Lic. y Prof. en Ciencias Biológicas 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 10

COMPLEJO MULTIENZIMATICO ACIDO GRASO SINTASA

Esquema Complejo AGS en animales QUIMICA BIOLOGICA Lic. y Prof. en Ciencias Biológicas 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

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. 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. 14

b-cetoacil-ACP reductasa 3-OH-acil-ACP deshidratasa 1º CICLO Ez. condensante b-cetoacil-ACP Acetil-EC + Malonil-ACP HS-EC + CO2 Condensación NADPH NADP+ D-3-OH-butiril-ACP b-cetoacil-ACP b-cetoacil-ACP reductasa 1° Reducción D-3-OH-butiril-ACP D2 butenoil-ACP 3-OH-acil-ACP deshidratasa Deshidratación NADPH NADP+ D2 butenoil-ACP Butiril-ACP Enoil-ACP reductasa 2° Reducción

b-Cetoacil-reductasa CH3 -C- CH2 –C-SACP + NADPH + H+ CH3-CH-CH2-C-SACP+NADP+ O O OH O Acetoacetil-S-ACP b-3-Hidroxibutiril-S-ACP ═ ─ b-3-Hidroxiacil-deshidratasa CH3-CH-CH2- C- SACP CH3- CH=CH-C - SACP OH O H2O O b-3-Hidroxibutiril-S-ACP 2 trans butenoil ACP 2 trans -enoil-reductasa CH3 –CH=CH–C-SACP + NADPH + H+ CH3-CH2-CH2-C-SACP+NADP+ O 2 O 2 trans butenoil ACP Butiril-S-ACP ═ ═

Butiril-EC + Malonil-ACP ESQUEMA GENERAL DE LA BIOSÍNTESIS DE PALMITATO Butiril-EC + Malonil-ACP b-cetoacil-ACP 6 C 2º CICLO 17

Tioesterasa o Deacilasa QUIMICA BIOLOGICA Lic. y Prof. en Ciencias Biológicas 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

ESQUEMA GENERAL DE LA BIOSINTESIS DE ACIDO PALMITICO Cuales carbonos son aportados por el carbonilo de malonato?? Quien aporta los carbonos 15 y 16?? 16 15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-COOH La biosíntesis ocurre de derecha a izquierda o de izquierda a derecha?? CUANTAS ACETIL-CoA SE NECESITAN COMO TAL?? Y CUANTAS PARA SINTETIZAR MALONIL-CoA 1 ACETIL-CoA y 7 MALONIL-CoA

Balance de la Biosíntesis Biosíntesis de malonil-CoA 8 Acetil-CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 13 H+ Palmitato +8 CoA-SH + 7 ADP + 7 Pi + 14 NADP+ + 6 H2O

BIOSINTESIS DE LIPIDOS EN VEGETALES CLOROPLASTOS PROPLASTIDIOS HOJAS, TALLOS Y RAICES: LIPIDOS DE MEMBRANAS

LIPIDOS DE RESERVA PROPLASTIDIOS

CLOROPLASTOS Biosínteis lipidos membranas

ESQUEMA DE LA REGULACION DE LA BIOSINTESIS Citrato + Insulina Citrato liasa + Acetil-CoA Acetil-CoA carboxilasa Glucagón, Adrenalina - Malonil-CoA Carnitina Aciltransferasa I - Palmitoil-CoA

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 (+)

REACCION Y REGULACIÓN DE LA ACETIL-CoA CARBOXILASA + H+ ATP ADP + Pi + HCO3- Acetil-CoA carboxilasa biotina Acetil-CoA Malonil-CoA En Vegetales (+) por aumento de pH y [Mg] en el estroma, proceso que se produce durante la iluminación de la planta. En Bacterias (+) por nucleótidos de guanina que coordinan el crecimiento celular en la formación de membranas. Citrato Forma filamentosa Dímero Acetil-CoA carboxilasa Inactiva Ac.G. de cadena larga Activa

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, 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 de ácidos grasos. b) una dieta rica en ácidos grasos poliinsaturados (PUFAs) inhibe la síntesis de la ACC y disminuye la formación de ácidos grasos. 27

RELACION DEGRADACION-BIOSINTESIS b-Oxidación Biosíntesis ACP NADPH + H+ FAD Deshidroge-nación Reducción ACP Hidratación Deshidratación ACP Configuración L Configuración D NADPH + H+ Deshidroge-nación Reducción NAD+ ACP Rotura tiolítica Condensación ACP Acetil-CoA Malonil-CoA Acetil-CoA CoA ó ACP

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

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

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

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) GLICEROL GQ ATP ADP (hígado, riñón, intestino, gl. mamaria) Triglicéridos Fosfoglicéridos

Unión del grupo de cabeza polar (serina, colina, etanolamina, etc.) Ac. Fosfatidico fosfatasa Acil transferasa Unión del grupo de cabeza polar (serina, colina, etanolamina, etc.) Triacilglicerol Fosfoglicéridos 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).