LÍPIDOS - cld.ptº... · LÍPIDOS 5 Mestrado Integrado em Ciências Farmacêuticas BIOQUÍMICA I 2015/2016 1 Fátima Ventura - FFULisboa - 2015-2016

LÍPIDOS

5

Mestrado Integrado em Ciências Farmacêuticas

BIOQUÍMICA I

2015/2016

1Fátima Ventura - FFULisboa - 2015-2016

25-11-2015

Sumário :

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Tema: Destino do acetil-CoA: Síntese de corpos cetónicos e sua importância no metabolismo energético

1. Utilização nos tecidos extra-hepáticos2. Sobreprodução na diabetes e jejum3. Corpos cetónicos nos defeitos da Beta-oxidação dos ácidos gordos e nos defeitos da cadeia

respiratória4. Regulação da cetogénese

Tema: Biosíntese de ácidos gordos e eicosanóides (continuação)1. Formação do malonil-CoA2. Síntese dos ácidos gordos: Sintase dos ácidos gordos (FAS), Proteína de ligação ao grupo acil-

(ACP), ligação dos grupos acetil- e malonil à FAS, formação de butirato – C4 (condensação, redução, hidratação e redução )

3. Síntese dos ácidos gordos: Formação de palmitato – C164. Síntese dos ácidos gordos: Formação de palmitato – C165. Síntese dos ácidos gordos: localização sub-celular6. Síntese de ácidos gordos: transporte de acetil-CoA mitocondrial como citrato7. Síntese de ácidos gordos: regulação

Destino do acetil-CoA: Síntese

de Corpos Cetónicos e sua

Importância no Metabolismo

Energético (cont.)

Lehninger, 4ª ed.


Corpos Cetónicos: Utilização nos Tecidos Extra-hepáticos Utilização nos tecidos Extra-Hepáticos:

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Corpos Cetónicos: Utilização nos Tecidos Extra-hepáticos

Utilização nos tecidos Extra-Hepáticos:

1. Oxidação de D--Hidroxibutirato pela D--

Hidroxibutirato desidrogenase originandoacetoacetato

2. Activação do acetoacetato a acetoacetil-CoA pela

transferência de CoA do succinil-CoA(intermediário do Ciclo Krebs) catalizada pelaSuccinil-CoA-acetoacetato transferase ou -

Cetoacil-CoA transferase Produção de acetoacetato a partir de

acetoacetil-CoA situa-se no fígado,

Acetoacetato uma vez formado não pode serreactivado directamente excepto no citosol –síntese de colesterol

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Corpos Cetónicos: Utilização nos Tecidos Extra-hepáticos

Utilização nos tecidos Extra-Hepáticos:

3. Formação de 2 moléculas de Acetil-CoA pelaclivagem tiolítica do acetoacetil-CoA na -oxidação pela tiolase Ciclo de Krebs

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Corpos Cetónicos: Sobreprodução na Diabetes e Jejum

Produção e Exportação de Corpos cetónicos do fígado:

Lehninger, 4ª ed.

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Corpos Cetónicos: Sobreprodução na Diabetes e Jejum Jejum prolongado, fome, dietas hipocalóricas e Diabetes Mellitus não tratada sobreprodução

de Corpos cetónicos

Gluconeogénese – deplecção de intermediários do Ciclo de Krebs (oxaloacetato) Acetil-CoA Cetogénese

Diabetes não tratada – nível insulina deficiente tecidos extra-hepáticos nãoconseguem fazer aporte eficiente de glucose malonil-CoA não se forma e não inibe aCPT 1 Ácidos Gordos entram na mitocôndria Oxidação a acetil-CoA Ciclo Krebs

bloqueado por falta de intermediários (gluconeogénese) Acumulação de Acetil-CoA Excesso de Corpos Cetónicos

Níveis plasmáticos de acetoacetato e D--hidroxibutirato aumentam CETOSE

(cetonémia; urina – cetonúria) ou cetoacidose < pH acidémia (urina - acidúria),acidose - D--Hidroxibutirato é o corpo cetónico predominante na urina e no sangue emsituação de cetose

Indivíduos sob dieta hipocalórica usam gorduras armazenadas como fonte principal deenergia controlo apertado dos níveis de corpos cetónicos para evitar cetoacidose

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Corpos Cetónicos: Defeitos da oxidação dos Ácidos Gordos e Cadeia Respiratória

Doenças Hereditárias da -Oxidação dos Ácidos Gordos

Hipoglicémia mas Hipocetótica (níveis baixos de Corpos Cetónicos)

-Oxidação comprometida Não há formação de acetil-CoA Não háformação de corpos cetónicos

Cérebro fica privado dos seus substratos energéticos Coma e Morte

Doenças Hereditárias da Cadeia Respiratória (CR) Acetil-CoA não é convenientemente oxidado no ciclo de Krebs por falha da

cadeia respiratória que não reoxida o NADH e FADH2 formados CorposCetónicos

Com vista à reoxidação de NAD mitocondrial essencial a várias enzimas Estimulada a conversão de acetoacetato a D-3-Hidroxibutirato

Razão 3OHB/Acetoacetato Diagnóstico Deficiência ao nível da CR9

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Corpos cetónicos: Regulação da cetogénese

1. Controlo da mobilização de ácidos gordos livres

no tecido adiposo:

Cetose: quando há aumento dos níveis deácidos gordos no sangue por aumento de

lipólise ou baixa utilização na produção deATP

Ácidos gordos livres são precursores de

corpos cetónicos no fígado

Factores que regulam a mobilização dosácidos gordos livres dos adipócitos

controlo da cetogénese

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2. Regulação da actividade da CPT1 no figado:

CPT1 determina o fluxo de ácidos gordosque é oxidado e não esterificado

Actividade da CPT 1 baixa Estado nutrido

(inibição pelo malonil-CoA) diminuiçãoda -oxidação Ácidos Gordosesterificados a TAG e transportados para

tecidos extra-hepáticos como VLDL

diminuição de corpos cetónicos

Actividade da CPT 1 elevada jejum

(diminuição razão [insulina]/[glucagon]) inibição da acetil-CoA carboxilase por acil-CoAs diminuição de malonil-CoA

estimulação da -oxidação aumentocorpos cetónicos

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3. Partição do acetil-CoA entre a cetogénese e o

ciclo de Krebs: Acetil-CoA formado na -oxidação:

oxidado no ciclo de Krebs ou cetogénese

Aumento de Ácidos gordos livresaumenta cetogénese e reduz oxidação nociclo de Krebs

Um decréscimo na concentração deoxaloacetato (dentro da mitocôndria)pode dificultar a oxidação de acetil-CoA

no ciclo de Krebs oxidação dos ácidosgordos diverge para a cetogénese

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3. Partição do acetil-CoA entre a cetogénese e o

ciclo de Krebs:

Aumento da razão [NADH]/[NAD+] devidoa aumento da -oxidação desiquilibrio

entre oxaloacetato e malato diminuiçãooxaloacetato

Mas a piruvato carboxilase é activada pela

acetil-CoA piruvato é convertido aoxaloacetato elevadas concentrações deacetil-CoA podem induzir produção de

oxaloacetato necessários à reacção decondensação do ciclo de Krebs

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Biossíntese de ácidos gordos

e eicosanóides

Lehninger, 4ª ed.


Biossíntese de Ácidos Gordos

Oxidação de ácidos gordos Remoção sucessiva de 2 átomos de C através de Acetil-CoA

Biossíntese de Ácidos Gordos Adição sucessiva de 2 átomos de C através deMalonil-CoA

Via Catabólica e Via Anabólica não são exactamente o inverso uma da outra

Não usam as mesmas enzimas

Ocorrem em diferentes compartimentos celulares, Mitocôndria e Citosol,respectivamente

Diferentes intermediários, Acetil-CoA (C2) e Malonil-CoA (C3), respectivamente


Formação de Malonil-CoA Formação de Malonil-CoA a partir de Acetil-CoA (reacção irreversível):

Reacção catalizada pela Acetil-CoA Carboxilase (ACC)

Células animais ACC 3

actividades diferentesnum mesmo polipéptidomultifuncional




Grupo prostético – Biotina –

ligada covalentemente(ligação amida) à aminalateral de Lys num dos 3

domínios da enzima

Reacção de 2 passos

semelhante a outrasreacções de carboxilaçãodependentes da Biotina

(ex. Piruvato Carboxilase;Propionil-CoA Carboxilase)




Grupo carboxílico derivado

do ião HCO3- transferido

inicialmente para a biotinanuma reacção ATP-

dependente Grupo biotinil serve de

transportador temporário

de CO2

Num segundo passo CO2 é

transferido para o acetil-CoAMalonil-CoA


Síntese de Ácidos Gordos

As cadeias longas dos Ácidos Gordos são construídas através da repetição de uma série de 4

reacções:

Todas as reacções do processo

de síntese são catalizadas porcomplexo multienzimático –Sintase dos Ácidos Gordos (FAS)



As cadeias longas dos Ácidos Gordos são construídas através da repetição de uma série de 4

reacções:

Todas as reacções do

processo de síntese sãocatalizadas por complexomultienzimático – Sintase

dos Ácidos Gordos (FAS)


Sintase dos Ácidos Gordos (FAS)

Bactérias e plantas – 7 actividades

da FAS estão em polipéptidosseparados e pelo menos 3 outrasproteínas

Leveduras – 7 actividades da FAS

estão em 2 polipéptidos separados

Vertebrados – 7 actividadesenzimáticas e actividade hidrolíticaque cliva o ácido gordo final do

grupo ACP num único polipéptido(MW 240 kDa)


Sintase dos Ácidos Gordos (FAS)

Proteínas actuam juntas para catalizar a formação de ácidos gordos a partir do acetil-CoA e

malonil-CoA Intermediários permanecem ligados covalentemente a um dos 2 grupos –SH do complexo: -SH

da Cys na -cetoacil-CoA sintase & -SH da proteína transportadora de grupos acilo ACP (acyl

carrier protein) com o qual o intermediário da síntese dos ácidos gordos forma um tioéster Hidrólise do tioéster ligado ao ACP é exergónica energia libertada torna

termodinamicamente favorável a 1ª reacção da síntese de ácidos gordos (condensação)

Vertebrados – 7 actividades enzimáticas e actividade hidrolítica que cliva o ácido gordo final do

grupo ACP num único polipéptido (MW 240 kDa)

Dímero (MW 480 kDa) – duas subunidades idênticas oligomerizam cabeça com cabeçaformando 2 sítios activos na sua interface

Extensão da cadeia acil crescente de uma subunidade é catalizada pelos sítios cataliticos daoutra subunidade


Sintase dos Ácidos Gordos – Proteína de Ligação ao Acil (ACP)

Grupo prostético da ACP braço flexível que

ajuda ao elongamento da cadeia acil do ácidogordo na superficie do complexo da FAS,transportando os intermediários da reacção de

um sítio activo da enzima para o próximo atéobtenção produto final

Aumento da eficência da reacção global

Vitamina B5


Síntese de Ácidos Gordos: Ligação de grupos acetil e malonil à FAS

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1. Grupo acetil do acetil-CoA é transferido para

o grupo –SH da Cys da -cetoacil-ACP sintase(KS) Acetil-CoA-ACP transacetilase (AT)

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2. Grupo malonil do malonil-CoA é transferido para

o grupo –SH da ACP Malonil-CoA-ACPtransferase (MT) No complexo FAS os grupos acetil e malonil

estão muito próximos e são activados peloprocesso de elongação da cadeia (4 etapas)

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1. Condensação

Grupos acetil e malonil activados =Acetoacil-ACP (acetoacetilo ligadoà ACP pelo grupo –SH

fosfopanteteino) -cetoacil-ACP sintase (KS)

Produção CO2 C originalmente

introduzido no malonil-CoA doHCO3

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Grupo acetil é transferido do

grupo –SH da Cys da enzima parao grupo –SH da ACP unidademetilo terminal de 2C do novo

grupo acetoacetil


Nota: a azul está a enzima quevai funcionar a seguir

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1. Condensação

Reacção de condensação

termodinamicamente favorável

envolvimento de grupos malonil

activados (em vez de grupos acetil) Cmetileno (C2) do grupo malonil entre oscarbonos carbonilo e carboxilo é um bom

nucleofílico

Condensação + Descarboxilação do grupomalonil facilita o ataque nucleofilico

deste C metileno ao tioéster que liga ogrupo acetil à -cetoacil-ACP sintasedeslocando o grupo –SH da enzima

A energia extra necessária para que asíntese de ácidos gordos seja favorável éfornecida pelo ATP (síntese de malonil-

CoA) 28

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2. Redução do grupo carbonilo:

O acetoacetil-ACP (ou ß-cetobutiril-ACP)sofre uma redução do grupo carbonilo naposição C3 para formar o D--hidroxibutiril-

ACP -cetoacil-ACP reductase e o dadorde electrões é o NADPH.

D--hidroxibutirilo tem forma

estereoisomérica diferente dointermediário L--hidroxiacil na oxidaçãodos ácidos gordos

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3. Desidratação:

Remoção de uma molécula de H2Odo C2 e C3 do D--hidroxibutiril-ACP para originar uma dupla

ligação no produto trans-2-butenoil-ACP -hidroxiacil-ACPdesidratase

4. Redução da dupla ligação:

A dupla ligação do trans-2-butenoil-ACP é reduzida (ficasaturado) para formar butiril-ACP

Enoil-ACP reductase tendo oNADPH como dador de electrões.

5. Translocação do grupo butirilo:

A produção do éster acil-ACPsaturado de 4 átomos de Ccompleta uma passagem através

do complexo FASO grupo butiril é agora transferido

do grupo –SH fosfopanteteino da

ACP para o grupo –SH da Cys da -cetoacil-ACP sintase (queinicialmente tinha o grupo acetil)

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Síntese de Ácidos Gordos: Formação de Palmitato

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As cadeias longas dos Ácidos Gordos são construídas através da repetição de uma série de 4 reacções:

1º Malonil-CoA1º Acetil-CoA




Elongação do Butiril-ACP:

Novo ciclo de 4 reacções que aumenta em comprimento a cadeia acil em mais 2 átomos deC novo grupo malonil liga-se ao sítio -SH do grupo prostético da ACP agora desocupado

Produto da 2ª condensação é um grupo acil com 6C ligado covalentemente ao grupo –SH do

fosfopanteteino Grupo -ceto é reduzido nos 3 próximos passos do ciclo da sintase grupo acil de 6C saturado

A biossíntese de ácidos gordos como palmitato necessita de acetil-CoA e de energia obtida

de 2 formas: quebra de ATP e poder redutor do NADPH. O ATP é necessário para ligar o CO2

ao acetil-CoA e fazer o malonil-CoA e o NADPH para reduzir as duplas ligações



Elongação do Butiril-ACP:

São necessários 7 ciclos de condensação e redução para produzir um grupo palmitoil com 16Cainda ligado ao grupo ACP elongação da cadeia pára em C16 palmitato liberta-se damolécula de ACP pela actividade hidrolítica de mais uma enzima do complexo FAS.

(1) 7 Acetil-CoA + 7 CO2 + 7ATP 7 malonil-CoA + 7ADP + 7Pi

7 ciclos de condensação e redução:

(2) Acetil-CoA + 7 malonil-CoA + 14 NADPH + 14 H+ palmitato + 7CO2 + 8CoA+ 14NADP+ + 6H2O

A soma das duas reacções parciais:

8 Acetil-CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 14 H+ palmitato + 8 CoA + 7 ADP + 7 Pi + 14 NADP+


Síntese de Ácidos Gordos: Acontece no Citosol

Nos eucariotas superiores o complexo FAS encontra-se exclusivamente no citosol

Fátima Ventura - FFULisboa - 2015-2016

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Separação dos processos sintéticos das reacções degradativas (matriz mitocondrial)

Separação dos cofactores transportadores de electrões das vias anabólicas (geralmente umprocesso reductivo) e catabólica (geralmente oxidativo) NADPH é geralmente o dador deelectrões nas reacções anabólicas e o NAD+ serve de aceitador de electrões nas recações

catabólicas. Nos hepatócitos a razão [NADPH]/[NADP+] é muito elevada no citosol fornecendo o

ambiente fortemente redutor para a síntese de AG e outras moléculas

Nos hepatócitos e adipócitos, o NADPH citosólico é largamente gerado pela via das pentosesfosfato e pela enzima málica



O piruvato produzido reentra na mitocôndria.

Nas células fotossintéticas das plantas a síntese de ácidos gordos ocorre no estroma docloroplasto NADPH é produzido nos cloroplastos pelas reacções da fotossíntese

Elevada razão NADPH/NADP+ fornece o ambiente redutor que favorece os processos anabólicoscomo a síntese de ácidos gordos

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Síntese de Ácidos Gordos: Transporte de Acetil-CoA mitocondrial como Citrato

Nos eucariotas sem fotossíntese acetil-CoA usado na síntese de ácidos gordos produzido

na mitocôndria oxidação de piruvato e do catabolismo do esqueleto de carbono dosaminoácidos Acetil-CoA da -oxidação não representa uma fonte significativa de acetil-CoApara a lipogénese

A membrana interna da mitocondria é impermeável ao acetil-CoA shuttle de gruposequivalentes a acetil

O acetil-CoA intramitocondrial + oxaloacetato citrato (ciclo de Krebs) Citrato sintase

Citrato citosoltransportador da membrana interna de citrato

No citosolclivado pela Citrato liase Acetil-CoA (reacção ATP-dependente)

Oxaloacetato não pode voltar à mitocôndria porque não há nenhum transportador de

oxaloacetato reduzido pela malato desidrogenase citosólica malato transportador demalato-α-cetoglutarado por troca com citratomitocôndria

Na matriz é reoxidado a oxaloacetato para completar o shuttle

Alternativamente o malato citosólico é utilizado para gerar NADPH citosólico enzima málica



Síntese de Ácidos Gordos: Transporte de Acetil-CoA mitocondrial como Citrato

Síntese de Ácidos Gordos: Regulação

Quando uma célula ou organismo tem muito substrato energético disponível que ultrapassa

as suas necessidades excesso é geralmente convertido em ácidos gordos armazenadocomo lípidos (ex. TAG)

Reacção catalizada pela acetil-CoA Carboxilase (ACC) é o passo limitante da síntese de ácidos

gordos porque esta enzima é um importante ponto de regulação.

Nos vertebrados o palmitoil-CoA - principal produto da síntese de ácidos gordos inibidorpor feedback da ACC e o citrato é o seu activador alostérico (aumenta a Vmax)



O citrato desempenha um papel central na balança do metabolismo celular entre o

consumo (oxidação) do substrato energético e o seu armazenamento como ácido gordo

Quando há um aumento de acetil-CoA mitocondrial e ATP o citrato é transportado parafora da mitocôndria sendo um sinal alostérico para a activação da ACC e torna-se

precursor do acetil-CoA citosólico

Citrato inibe a actividade da fosfofrutocinase-1 reduzindo o fluxo de carbonos atravésda glicólise



A ACC é também regulada por modificações covalentes

Na forma activa (desfosforilada) a ACC polimeriza em longos filamentos Fosforilação - desencadeada por hormonas como glucagon e epinefrina - inactiva a

enzima desacelerando a síntese de ácidos gordos Fosforilação é acompanhada pela

dissociação em subunidades monoméricas e perda de actividadeRegulação ao nível da expressão dos genes correspondentes ingestão de uma grande

quantidade de certos ácidos gordos polinsaturados é suprimida a expressão de genes que

codificam para enzimas lipogénicas no figado.Se a síntese e oxidação de ácidos gordos ocorressem simultâneamente ciclo fútil com perda

de energia.

Durante a síntese de ácidos gordos o malonil-CoA produzido vai bloquear a -oxidaçãoao nível da carnitina aciltransferase 1 (CPT 1) não havendo assim degradação dos AG queestão a ser sintetizados.

Bom motivo para que as vias sintéticas e degradativas aconteçam em compartimentoscelulares distintos


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