Scarica Sintesi dei lipidi e descrizione delle tipologie di lipidi presenti nell'organismo e più Appunti in PDF di Biochimica Metabolica solo su Docsity! SINTESI DEI LIPIDI Mammiferi, animali e lieviti hanno la sintesi di acidi grassi a livello del citosol. Per la sintesi di fosfolipidi più lunghi è necessario il reticolo endoplasmatico. La maggior parte della sintesi di acidi grassi è comunque legata al citosol mentre la beta-ossidazione è legata a mitocondri e perossisomi. Regolazione reciproca delle vie. Si parte dall’acetil- CoA, ma quello che succede è che questo viene convertito a malonil-CoA. Per la sintesi non c’è l’Acetil-CoA in sé, ma unità di malonil-CoA. Questo si forma grazie a due passaggi, e a un complesso enzimatico con attività biotin carbossilasi e transcarbossilasi e contiene biotin. Nel complesso enzimatico vi è un enzima alla cui lisina è legata covalentemente una biotina che viene carbossilata e questa carbossilazione fa si che il gruppo carbossilico sia piuttosto reattivo e possa essere trasferito in un secondo momento sull’acetil-CoA. Quest’ultimo passaggio è catalizzato dalla transcarbossilasi. Formazione irreversibile di malonil-CoA da Acetil-CoA e bicarbonato in due tappe Acetil-CoA carbossilasi batterico: 3 catene polipeptidiche In animali: singolo peptide multifunzionale L’acetil-CoA carbossilasi ha tre regioni funzionali: la proteina trasportatrice biotina, che attiva la CO2, legandola a uno degli atomi di azoto dell’anello della biotina in una reazione ATP-dipendente; e la transcarbossilasi, che trasferisce la CO2 attivata dalla biotina all’acetil-CoA, formando il malonil-CoA. Il lungo braccio flessibile trasporta la CO2 attivata dalla regione della biotina carbossilasi al sito attivo della transcarbossilasi. La degradazione ha passaggi simili alla biosintesi degli acidi grassi ma ha alcuni passaggi specifici. L’acido grasso viene attivato tramite reazioni con l’acetil-coenzima A. Il donatore di elettroni nella biosintesi non è il NADH ma il NADPH e i gruppi attivanti non sono i gruppi tiolici legati all’acetil CoA ma due gruppi tiolici diversi legati all’enzima. La reazione avviene a livello di molecole legate a susbtrati con l’enzima acido grasso sintasi. L’acido grasso sintasi riesce a creare due legami tioestrici, uno col gruppo malonilico e l’altro col gruppo acetilico. Sono legati in due posti distinti sull’enzima; abbiamo una condensazione delle molecole con produzione di CO2 provenienti dal gruppo carbossilico del malonil CoA creando un beta- chetoacile che rimane legato all’enzima. Nel secondo passaggio il beta-chetoacile viene ridotto ad alcol che rimane legato all’enzima; si rende necessario un donatore di elettroni e atomi di idrogeno per la riduzione e questo è il NADPH. Energia riducente legata al NADPH. Si verifica una deidratazione con eliminazione di una molecola di acqua composta da un OH dal gruppo idrossilico e un H dal gruppo metilenico creando un doppio legame nella molecola che viene poi ridotto per creare un acido saturo. Ogni atomo di C aggiunto all’acido grasso impiega 4 elettroni e 4 protoni derivanti dal NADPH e viene rilasciata una molecola di CO2. Il malonato fa avvenire un ciclo con investimento di NADPH che permette l’allungamento della catena per successive condensazioni di malonato. Gli ultimi due atomi di carbonio della catena dell’acido grasso sono quelli presenti inizialmente sull’enzima per dare il via alla reazione. Riduzione di beta-chetoacile in alcol Riduzione del legame doppio per formare acile saturo Esempio di processo di sintesi: Abbiamo la catena iniziale, avviene un ciclo con investimento di 2 molecole di NADPH producendo 1 CO2, poi la catena è stata allungata dagli atomi di carbonio derivanti dal malonato, la catena a questo punto può legare un altro malonato e cosi via, tutto si ripete finchè non arriviamo al palmitato che viene rilasciato dall’enzima (è l’acido grasso completamente sintetizzato). Reazione Delle 8 molecole di acetil coenzima a una si lega direttamente all’enzima ma abbiamo bisogno di 7 cicli di malonil-CoA per arrivare alla sintesi completa dell’acido grasso. Acido grasso sintasi: abbiamo una proteina centrale che è la Acyl carrier protein ACP, alla quale è legato tramite legame tioestere il gruppo acilico; La proteina che trasporta gli acili ha un gruppo prostetico che è un braccio lungo Eliminazione di una molecola di acqua crea un doppio legame I gruppi che si allungano vengono trasferiti da un sito di legame all’altro in modo da far ripartire ogni volta il ciclo. sono necessari 7 cicli di reazione di condensazione e riduzione. In genere l’allungamento della catena termina a questo punto e viene staccato il palmitato dall’ACP per azione di un’attività idrolitica presente nel complesso della sintasi. La reazione complessiva della sintesi del palmitato da acetil-CoA può essere divisa in due parti. Nella prima vi è la formazione di sette molecole di malonil-CoA. Poi avvengono i sette cicli. Si noti che sono prodotte solo 6 molecole di acqua in quanto una molecola di acqua è utilizzata per idrolizzare il legame tioestere tra il palmitato, prodotto della reazione, e l’enzima. La reazione complessiva è mostrata in figura. La biosintesi di un acido grasso come il palmitato richiedere acetil-CoA e un rifornimento di energia chimica in due forme: il potenziale di trasferimento di gruppo dell’ATP e il potere riducente del NADPH. L’ATP è necessario per legare la CO2 all’acetil-CoA e produrre malonil- CoA; il NADPH è necessario per ridurre i doppi legami. PRODUZIONE DI NADPH Una via di produzione è quella del pentosio fosfato, via molto attiva nei tessuti che necessitano la sintesi di acidi grassi. Nel fegato avviene la via del malico che fa produrre malato che, ossidato dà come prodotti piruvato e CO2 con riduzione di NADP. Nelle piante il NADPH viene prodotto dalla fotosintesi nello stroma. Da dove viene rilasciato e utilizzato subito per la sintesi di acidi grassi. ACETIL COA Tutto è regolato in modo che l’acetil CoA che deriva dall’ossidazione di acidi grassi non può essere al contempo usato per la sintesi di nuovi acidi grassi, perché le due vie sono reciprocamente regolate. Sono fisicamente separati: la degradazione avviene a livello della matrice mitocondriale mentre la sintesi avviene nel citosol. Non c’è un trasportatore per l’acetil-CoA attraverso la membrana, ma c’è per il piruvato; il piruvato trasformato in acetil-CoA dalla piruvato deidrogenasi può condensare con l’ossalacetato per produrre citrato e l’acetil-CoA derivante da questa degradazione può passare sotto forma di citrato al di fuori della membrana; il citrato può essere convertito nel citosol in ossalacetato liberando acetil-CoA che entra nella sintesi di acidi grassi; questo ossalacetato poi diviene malato che entra parzialmente nel mitocondrio e l’altra parte diventa poi nuovamente piruvato che rientra nel mitocondrio e si unisce al malato per dare di nuovo ossalacetato. L’acetil-CoA ha effetto attivante sull’acetil-CoA carbossilasi, che catalizza la trasformazione dell’acetil-CoA in Malonil-CoA; quando la concentrazione di palmitoil CoA è elevata, viene inibito l’acetil-CoA carbossilasi, così come fanno il glucagone e le epinefirine. Il malonil-CoA inibisce anche il trasportatore carnitina/acetilcarnitina: infatti inibisce la beta ossidazione. L’enzima citrato liasi responsabile del rilascio di acetil-CoA viene attivato dall’insulina. Quando abbiamo un picco glicemico e un rilascio di insulina nell’organismo, questo aiuta direttamente la biosintesi degli acidi grassi. La tappa limitante è a livello dell’acetil CoA carbossilasi. Il Palmitil-CoA lo inibisce; il citrato lo attiva. Nel mitocondrio aumentano l’acetil-CoA e l’ATP: il citrato viene esportato nel citosol (diventa precursore dell’acetil-CoA citosolico). Il citrato nello stesso tempo inibisce PKF, riducendo il flusso glicolitico. Il glucagone e l’adrenalina inducono la fosforilazione dell’acetil-CoA carbossilasi. L’enzima viene così inattivato non avviene la sintesi degli acidi grassi. L’acetil-CoA nelle piante non è regolata dal citrato e da fosforilazione o defosforilazione ma viene regolata da un aumento di PH e della concentrazione di Mg2+ nello stroma. Regolazione a lungo termine: espressione genica di enzimi coinvolti. Durante la fotosintesi abbiamo basificazione che regola Ac-CoA carbossilasi. Nelle piante ci sono più di 200 tipi di acidi grassi divisi in 18 classi in base alle reazioni che danno luogo alla loro formazione. Le reazioni che danno luogo agli acidi grassi non usuali sono l‘epossidazione, l’idrossilazione, l’acetilenazione e la metilazione. C’è anche la sintesi di acidi grassi con numero dispari di atomi di C, a partire non da acetil-CoA, ma a partire da propionil-CoA. Alcuni tipi di acidi grassi vengono sintetizzati a partire dal palmitato ma il sistema di allungamento avviene nel reticolo endoplasmatico liscio e nei mitocondri. L’acido nervonico è l’acido grasso più lungo che possediamo con 24 C. Palmitato: in base a diverse reazioni otteniamo diversi tipi di acido grasso. Come avviene l’insaturazione degli acidi grassi nei tessuti dei vertebrati? Avviene grazie all’acetil-CoA desaturasi presente nel reticolo endoplasmatico rugoso. Questo acido ha azione di ossidasi a funzione mista, riesce ad ossidare due substrati: ossida l’acido grasso e il NADPH. Al massimo 10 atomi di carbonio. Funzione delle ossidasi è diversa dalle ossigenasi. Le ossidasi catalizzano ossidazioni in cui l’ossigeno molecolare è l’accettore di elettroni ma non fa sì che gli atomi di ossigeno vengano incorporati nel prodotto (es citocromo ossidasi) molte ossidasi sono flavoproteine, mentre le ossigenasi catalizzano le ossidazioni incorporando direttamente nel prodotto l’ossigeno molecolare o parte di esso formando un gruppo ossidrilico o carbossilico. Nei mammiferi non si riesce ad introdurre legami doppi fra il C10 e il carbonio metilico terminale. Le desaturasi con funzione di ossidasi mista nelle piante agiscono su fosfatidilicolina per la produzione di acidi grassi essenziali (es. linolenato e linoleato). Hanno un’azione di desaturazone per gli acidi grassi legati a triacilgliceroli. Le desaturasi introducono doppi legami a livello del C12 e C15 per esempio nel linoleato. Le desaturasi delle piante ossidano l’oleato legato alla fosfatidilcolina formando acidi grassi poliinsaturi. Alcuni dei prodotti vengono rilasciati per idrolisi dalla fosfatidilcolina. Importanza di avere acidi grassi insaturi assunti con la dieta: tramite desaturazione e allungamento da questi otteniamo arachidonato, fondamentale precursore dei leucotrieni e della prostaglandina. L’arachidonato può essere ottenuto anche grazie alla degradazione di fosfolipidi e di diacilgliceroli Dalla prostaglandina si ottengono poi trombossani che servono alla costrizione di vasi sanguigni e aggregazione di piastrine, le tappe iniziali della coagulazione del sangue. Ciclo ossigenasi, incorpora O2 molecolare nel prodotto dando un tipo di prostaglandina che risulta essere stata ciclizzata. Aspirina e ibuprofene inibiscono la ciclasi quind la sintesi di prostaglandine e trombossani. L’aspirina in piccole quantità ha un effetto beneficiario sull’organismo perché impediscono l’aggregazione di piastrine evitando la formazione di trombosi viene ridotto il rischio di attacchi cardiaci e ictus. Le prostaglandine e gli eicosanoidi sono considerati ormoni locali: non hanno azione lontana nel corpo. Hanno un ruolo fondamentale nello stimolo di infiammazione e regolazione del flusso sanguigno nei vari organi. Modulano la trasmissione sinaptica. Regolano il trasporto di ioni attraverso membrane, l’aggregazione piastrinica e la secrezione di mucina gastrica. L’aspirina inibisce la prima reazione legandosi alla cicloossigenasi (COX) e acetilando un residuo di serina essenziale per l’attività dell’enzima inibise la sua attività diminuendo la produzione di prostaglandine. Dall’arachidonato vengono inoltre prodotti anche leucotrieni tramite una via lineare che porta appunto a composti lineari. La sintesi di leucotreni inizia con l’intervento di alcune lipoossigenasi, che catalizzano l’incorporazione dell’ossigeno molecolare nell’arachidonato. I diversi leucotreni che si formano differiscono per la posizione del perossido introdotto dalle lipoossigenasi. Questa via metabolica lineare che inizia dall’arachidonato, al contrario della via ciclica, non è inibita dall’aspirina e dagli altri farmaci FANS. Dopo la sintesi dei diversi acidi grassi si rende necessaria il loro immagazzinamento: formazione di fosfolipidi o triacilgliceroli. Sono sintetizzati da precursori comuni: glicerolo 3 fosfato e Acetil-CoA. Possiamo ottenere nel rene e Biosintesi di colesterolo E’ una molecola complessa. La sintesi parte dall’acetato che diviene poi isoprene in tre tappe. Tappe in dettaglio Prima tappa La prima tappa della biosintesi del colesterolo produce l’intermedio mavalonato. Due molecole di acetil-CoA condensano formando acetoacetil-CoA per generare il composto a sei atomi di carbonio beta-idrossi-beta-metilglutaril- CoA. Queste due prime reazioni sono catalizzate dalla tiolasi e dalla HMG-CoA sintasi. La terza reazione è la tappa di comando che determina la velocità: la riduzione dell’HMG-CoA a mavalonato, in cui due molecole di NADPH donano due elettroni ciascuna. L’HMG-CoA reduttasi rappresenta il punto principale di regolazione della biosintesi di colesterolo. Seconda tappa tre gruppi fosfato vengono trasferiti da tre molecole di ATP al mevalonato. Il gruppo fosfato legato al gruppo ossidrilico sul C3 del mevalonato nell’intermedio 3-fosfo-5-pirofosfomevalonato è un buon gruppo uscente. Poi questo gruppo fosfato e il gruppo carbossilico vicino vengono liberati generando un doppio legame nel prodotto a 5 atomi di carbonio, ∆3-isopentil pirofosfato. L’isomerizzazione di questo genera una seconda unità isoprenica attivata, il dimetilalil pirofosfato. Terza tappa L’isopentil pirofosfato e il dimetilallil pirofosfato vanno ora incontro a una condensazione del tipo “testa- coda”, in cui, mentre si libera un gruppo pirofosfato, si forma una catena a 10 atomi di carbonio, il geranil pirofosfato che subisce un’altra condensazione “testa-coda”, in cui viene prodotto un intermedio a 15 atomi di carbonio, il farnesil pirofosfato. Alla fine due molecole di quest’ultimo composto si uniscono “testa-testa” con l’eliminazione di entrambi i gruppi pirofosfato, formando lo squalene. La squalene monoossigenasi aggiunge un atomo di ossigeno prelevandolo dall’O2 all’estremità della molecola dello squalene, formando un epossido. Questo enzima è un’altra ossidasi a funzione mista; l’altro atomo della molecola di ossigeno viene ridotto ad acqua dal NADPH. I doppi legami del prodotto di questa reazione, lo squalene 2,3-epossido, sono posizionati in modo tale che in una reazione concentrata la struttura lineare dello squalene epossido viene trasformata in una struttura ciclica. Nelle cellule degli animali, la ciclizzazione porta alla formazione di lanosterolo che viene quindi convertito in colesterolo in una serie di 20 reazioni, comprendenti lo spostamento di alcuni gruppi metilici e rimozione di altri. La prima tappa di questa sequenza di reazioni è catalizzata da un’ossidasi a funzione mista che utilizza come substrato il NADPH. Il prodotto è un epossido, che nella tappa successiva ciclizza e forma il nucleo steroideo. Il prodotto finale di queste reazioni nelle cellule degli animali è il colesterolo, mentre negli altri organismi vengono prodotti steroli leggermente diversi. (fitosteroli nelle piante) Il colesterolo viene esportato dal fegato o sottoforma di acidi biliari o esteri del colesterolo. Vengono formati glucocorticoidi che hanno funzion di sopprimere la risposta immmunitaria, le risposte allergiche e le infiammazioni. Il glucagone promuove la fosforilazione (inattivazione) dell’HMG-reduttasi, l’insulina promuove la defosforilazione (attivazione). X rappresenta i metaboliti non identificati del colesterolo, che stimolano la proteolisi dell’HMG-CoA reduttasi.