QUIMICA BIOLOGICA Lic. y Prof. en Ciencias Biológicas

QUIMICA BIOLOGICALic. 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.

Ácidos biliares QUIMICA BIOLOGICALic. y Prof. en Ciencias Biológicas

QUIMICA BIOLOGICALic. 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 citosolcelular. • La elongación de Ac. Grasos preexistentes se realiza en el sistema microsomal del RE liso y, en menor medida, en las mitocondrias.

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

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

QUIMICA BIOLOGICALic. 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)

QUIMICA BIOLOGICALic. 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).

HCO3- QUIMICA BIOLOGICALic. 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.

QUIMICA BIOLOGICALic. 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

QUIMICA BIOLOGICALic. y Prof. en Ciencias Biológicas Esquema Complejo AGS en animales Hidratasa Acetil Transacilasa MalonilTransacilasa Enoilreductasa 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 MalonilTransacilasa Hidratasa Cetoacil reductasa Enoilreductasa

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

1º CICLO Acetil-EC + Malonil-ACP b-cetoacil-ACP HS-EC + CO2 Ez. condensante 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+ Butiril-ACP D2 butenoil-ACP Enoil-ACP reductasa 2° Reducción

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

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

QUIMICA BIOLOGICALic. y Prof. en Ciencias Biológicas Enzima condensante Enoil-ACP reductasa β-cetoacil-ACP reductasa Malonil-CoA 2do. ciclo 5 Malonil-CoA 3ro.- 7mo. ciclo 3-OH-acil-ACP deshidratasa H2O Tioesterasa o Deacilasa Hexanoil-ACP Palmitoil-ACP Palmitato (16C) + ACP-SH CITOSOL

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

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

+ H+ REACCION Y REGULACIÓN DE LA ACETIL-CoA CARBOXILASA 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 acetilCoA 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 Elongación Desaturación Desaturación (Solo en plantas) Desaturación Desaturación Acidos grasos esenciales (Solo en plantas) Elongación Desaturación Síntesis de Acs. Grasos de cadena más larga (18C y más) y de Acs. Grasos insaturados.

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

deshidratasa Elongación de Acs. Grasos • Sistema mitocondrial

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

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 QUIMICA BIOLOGICALic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.

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

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

Bibliografia 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).

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