Clase 3 (UPAGU 2013-0)
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Universidad Privada Antonio Guillermo Urrelo Farmacia y Bioquímica Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera Este proceso no debe considerarse como la ruta inversa de la βoxidación, dado que participan enzimas diferentes, otros transportadores electrónicos y la localización celular no es la misma. Se realiza en el citoplasma en vez de en la mitocondria. Usa al NADPH como donador de electrones El acarreador de los grupos acilos es la Proteína Acarreadora de Acilos (ACP), en vez de la Coenzima A. Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera Al igual que otras rutas biosintéticas, la biosíntesis de lípidos es: Endergónica y reductora Utiliza ATP como fuente de energía metabólica y un transportador electrónico reducido (normalmente NADPH) como reductor En el citosol, la acetil-CoA (degradación de ácidos grasos y carbohidratos) se convierte en ácidos grasos. La malonil-CoA es el primer intermediario en la síntesis de los ácidos grasos. Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera Hay tres sistemas respectivamente: enzimáticos distintos que catalizan, La biosíntesis del palmitato a partir de acetil-CoA (citosol) La elongación de la cadena a partir de palmitato (mitocondria y RE) La desaturación (RE) Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera Semejanzas y diferencias entre la oxidación y síntesis de un ácido graso Acetil-CoA Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera Mathews TRANSPORTE DE LAS UNIDADES ACILO Y DE LOS EQUIVALENTES REDUCTORES AL CITOSOL La acetil-CoA generada en la matriz mitocondrial debe transportarse al citosol para su uso en la síntesis de ácidos grasos, pero esta no puede atravesar la membrana interna, para ello se utiliza un sistema de lanzadera (mecanismo de control de síntesis de ácidos grasos y generador de NADPH). En esta lanzadera interviene el citrato (formado en la mitocondria a partir de acetil-CoA y oxalacetato en el primer paso del CAC). Cuando se genera citrato en exceso (del necesario para la oxidación en el CAC), se transporta a través de la membrana mitocondrial hasta el citosol. Allí sufre la acción de la citrato liasa que regenera la aceti-CoA y el oxalacetato con gasto de 1 ATP. Citrato + ATP + CoA-SH acetil-CoA + ADP + Pi + oxalacetato Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera TRANSPORTE DE LAS UNIDADES ACILO Y DE LOS EQUIVALENTES REDUCTORES AL CITOSOL La oxalacetato no puede regresar directamente a la matriz mitocondrial , puesto que la membrana interna carece de transportador para este compuesto . Primero se reduce por la malato deshidrogenasa citosólica a malato, y parte del malato se decarboxila oxidativamente por la enzima málica para dar piruvato, sin embargo, parte del malato formado vuelve a la mitocondria y se intercambia por citrato . Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera LANZADERA PARA TRANSFERIR GRUPOS ACETILO Y EQUIVALENTES REDUCTORES DESDE LA MITOCONDRIA HASTA EL CITOSOL 1. Citrato sintasa 2. Citrato liasa. 3. Malato deshidrogenasa. 4. Enzima málica. 5. Piruvato carboxilasa Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera TRANSPORTE DE LAS UNIDADES ACILO Y DE LOS EQUIVALENTES REDUCTORES AL CITOSOL El piruvato resultante se transporta de nuevo a las mitocondrias, en donde se reconvierte en oxalacetato por la piruvato carboxilasa. Piruvato + CO2 + ATP + H2O oxalacetato + ADP + Pi + H+ La reacción neta catalizada por estas 3 enzimas es: NADP+ + NADH + ATP + H2O -> NADPH + NAD+ + ADP + Pi + H+ Por cada mol de malato que queda en el citosol, se genera 1 mol de NADPH, el resto de NADPH (14 moles) necesarios para sintetizar1 mol de palmitato se genera en el citosol por la ruta de la pentosa fosfato. Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera Similar a la oxidación del palmitato en sentido inverso, pero sólo desde el punto de vista químico. Requiere de malonil-CoA, la diferente naturaleza del transportador de grupo acil y el empleo de enzimas con NADPH. La cadena de ácido graso se construye mediante las adiciones sucesivas de unidades de 2 carbonos. Cada ciclo de adición consiste en 7 reacciones , que se inician con la acetil-CoA carboxilasa. En las bacterias y en las plantas, las reacciones las catalizan 7 enzimas diferentes, mientras que en los animales y en los eucariotas inferiores todas las actividades están asociadas en un complejo multienzimático denominado ácido graso sintasa. Para la biosíntesis del palmitato se dan 7 ciclos con 7 reacciones cada uno. Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera REACCIONES DEL PRIMER CICLO Reacción 1: Formación de malonil-CoA a partir de acetil-CoA y bicarbonato (reacción irreversible), catalizada por la acetil-CoA carboxilasa la cual tiene como cofactor a la biotina. La acetil-CoA carboxilasa se activa en presencia de citrato adquiriendo una forma filamentosa. Todos los intermediarios de los ácidos grasos se activan mediante su unión a la CoA (similar a los ácidos grasos) pero el transportador es la proteína transportadora de acilo (ACP). La reacción es altamente exergónica, prácticamente irreversible. SÍNTESIS DE MALONIL-CoA A PARTIR DE ACETIL-CoA. Rx CATALIZADA POR LA ACETILCoA CARBOXILASA Es el punto de control de la síntesis de ácidos grasos Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera REACCIÓN DE LA ACETIL-CoA CARBOXILASA Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera REACCIONES DEL PRIMER CICLO Reacción 2 y 3: Formación de acetil-ACP y malonil-ACP, la ACP interviene en la síntesis de los ácidos grasos a través de las acciones de la malonil-CoA-ACP transacilasa y de la acetil-CoA-ACP transacilasa. En ambos casos, el grupo acilo se transfiere desde el acil-CoA a la ACP (reacciones reversibles). Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera La ACP es una molécula pequeña. El ACP presenta una unidad reactiva, que está constituida por la fosfopanteína. La cual está unida a un grupo de serina del polipéptido FOSFOPANTETEÍNA COMO UNIDAD REACTIVA EN LA ACP Y CoA Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera REACCIONES DEL PRIMER CICLO Reacción 4 (condensación): Formación del β-cetoacilACP, en la reacción de la β-cetoacil-ACP sintasa el grupo acetilo se transfiere primero desde la ACP a un tiol de cisteina de la enzima, luego el grupo carboxilo de la malonilACP activa su carbono metileno para que actúe como nucleófilo y ataque al carbono ceto electrófilo del grupo acetilo. Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera REACCIONES DEL PRIMER CICLO Reacción 5 (Reducción): Formación de D-3-hidroxiacil-ACP, la β-cetoacil-ACP se reduce a D-3-hidroxiacil-ACP con participación de la β-cetoacil-ACP reductasa que tiene como cofactor al NADPH. • En este paso, la acetoacetil-ACP es reducida por la β-Cetoacil-ACP reductasa a D-3-hidroxibutiril-ACP, utilizando NADPH. •El doble enlace se reduce a un grupo hidroxilo. •Solo se forma el isómero D. Recordemos que durante la β-oxidación el isomero que se forma es el L Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera REACCIONES DEL PRIMER CICLO Reacción 6 (Deshidratación): Formación de trans-Δ2Enoli-ACP, la D-3hidroxiacil-ACP sufre una deshidratación con participación de la 3-hidroxiACP deshidratasa. trans-Δ2-Enoli-ACP Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera REACCIONES DEL PRIMER CICLO Reacción 7 (Reducción): Formación de butiril-ACP, la trans-Δ2-Enoli-ACP sufre una segunda reducción para formar un acil-ACP (butiril-ACP) de 4 carbonos al cual se le ha adicionado 2 carbonos. Participa en esta reacción la Enoil-ACP reductasa. Para iniciar el segundo ciclo, la butiril-ACP reacciona con otra molécula de malonilACP y el producto del segundo ciclo es la hexanoil-ACP. El mismo patrón continúa hasta que el producto del ciclo7 , la palmitil-ACP sufre una hidrólisis para producir palmitato y ACP libre. butiril-ACP trans-Δ2-Enoli-ACP Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera SÍNTESIS DE PALMITATO COMPLEJO ÁCIDO GRASO SINTASA Las enzimas de la síntesis de los ácidos grasos constituyen un complejo multienzimático estrechamente acoplado en las células eucarióticas. El complejo contiene 6 moléculas de cada una de las dos cadenas polipeptídicas, que se denominan subunidad A y subunidad B. La subunidad A contiene la proteína transportadora del acilo, la enzima condensante y la β-cetotioester reductasa, y la subunidad B contiene las 4 actividades restantes; se trata de una proteína multifuncional. Cada subunidad contiene una región ACP además de todas las actividades enzimáticas implicadas. También está presente una actividad que cataliza la liberación final del palmitato. Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera El principal ácido graso que se forma es el palmitato, por tanto deben existir procesos que conduzcan a moléculas de ÁG de mayor longitud y con algún grado de insaturación. El proceso de elongación de ácidos grasos es similar a la secuencia de la síntesis de ácidos grasos, pero en este caso intervienen derivados Acil-CoA y enzimas separadas. La elongación se lleva a cabo en las mitocondrias, pero principalmente en el retículo endoplásmico (también llamado sistema microsómico) porque presenta mayor actividad. Este proceso se da en el extremo carboxilo del AG y el Acil-CoA resultante es dos carbonos más largo que el sustrato original. Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera La primera reacción es una condensación entre la malonil-CoA y un sustrato acilCoA de cadena larga para formar β-cetoacil-CoA. La β-cetoacil-CoA sufre una reducción dependiente de NADPH, una deshidratación de la hidroxiacil-CoA resultante, y otra reducción dependiente de NADPH para dar una acil-CoA saturada 2 carbonos más larga que el sustrato original. En el retículo endoplásmico existen enzimas que actúan sobre las acil-CoA insaturadas Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera Los AG monoinsaturados (AGMI) en los lípidos de animales son el ácido oleico y el palmitoleico, los cuales se originan de: Palmitato Estearato Ac. Palmitoleico Ac. Oleico El proceso por el cual un ácido graso es saturado se convierte en uno insaturado se conoce como DESATURACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS y consiste en la introducción de dobles enlaces. Las desaturasas son estimuladas por la insulina. Los mamíferos no son capaces de introducir dobles enlaces más allá de Δ9, por tanto no pueden sintetizar el ácido linoleico ni el ácido linolénico. Es por eso que se denominan AG esenciales (AGE), ya que deben suministrarse en el alimento. Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera ELONGACIÓN Y DESATURACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS Elongación: se localiza en el retículo endoplásmico liso y mitocondria. Desaturación: palmitato ----- palmitoleato estearato------ oleato El doble enlace es introducido por una reacción oxidativa Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera REGULACIÓN DE LA SÍNTESIS DE AG: La biosintesis de los ácidos grasos se controla mediante mecanismos hormonales (inhibición de la insulina para impedir la entrada de glucosa en las células, impidiendo la activación de la piruvato deshidrogenasa y disminuyan las concentraciones de acil-CoA). Inhibición de la citrato liasa para impedir la transferencia de acetil-CoA desde la matriz mitocondrial al citosol. Inhibición de la acetil –CoA carboxilasa mediante un control hormonal dependiente de AMP cíclico. Controlando la disponibilidad de equivalentes reductores (NADPH), que provienen del transporte de citrato fuera de la mitocondria como de la ruta de la pentosa fosfato. Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera REGULACIÓN DE LA SÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS Las acil-CoA de cadena larga fomentan la despolarización de la forma activa REGULACIÓN DE LA SÍNTESIS DE AG: Los AcilCoA de cadena larga inhiben la biosíntesis de ácidos grasos AcetilCoA carboxilasa (i) (dimérica) AcetilCoA carboxilasa (a) (filamento) AcilCoA de cadena larga Los AcilCoA de cadena larga impiden la polimerización de la enzima Bioquímica II Mg. Q.F. Patricia I. Minchán Herrera
