1 metabolismul lipidic
TRANSCRIPT
Lipidele biomolecule organice insolubile n ap se pot extrage din celule i esuturi cu solveni organici nepolari.
Funcii biologicecomponente structurale ale membranelor ofer rezerve de energie nveli protector al multor organe componente ale suprafeei celulare impliate n recunoaterea celular, n specificitatea de specie i imunitatea tisular. unele sunt vitamine i hormoni
Clasificarea lipidelor Structural lipidele se mpart n: I. Lipide simple : esteri ai acizilor grai cu glicerina (triacilgliceroli)
- esteri ai acizilor grai cu alcooli superiori monocarboxilici (ceruri)
II. Lipide complexe: glicerofosfolipide -esteri ai glicerinei cu acizi grai - compui azotai -un rest de acid fosforic sfingolipide: conin- un alcool (sfingozina) - acizi grai -compui azotai -un rest de acid fosforic
Exemple: fosfolipide glicolipide sulfatide aminolipide Lipoproteine III. Derivai ai lipidelor - compui rezultai prin hidroliza lipidelor simple i complexe. Exemple: - acizii grai: - saturai - nesaturai - glicerina - steroizi - aldehide grase - corpi cetonici
Funcional lipidele se mpart n : I. Lipide de rezerv.- localizate n esutul adipos - constituite n special din trigliceride de provenien exogen (alimentar)
II. Lipidele citoplasmatice -lipide complexe care alctuiesc elementul constant care variaz numai n funcie de natura esutului.
Structura i proprietile acizilor grai saturai
Acizii grai sunt elemente constitutive ale diferitelor clase de lipide. n stare liber acizii grai se ntlnesc n cantiti mici n celule i esuturi. Acizii grai conin -un lan de hidrocarbur saturat sau nesaturat -grupare carboxilic terminal.Acid gras saturat
Acid gras nesaturat
Acizii grai din lipidele plantelor i animalelor superioare
cuprind un numr par de atomi de C, n majoritate lanuri formate din 14-22 atomi de carbon. Acizii grai saturai pot exista ntr-un numr infinit de conformaii datorit faptului c legtura simpl permite rotaia liber a atomilor de carbon. Forma cea mai probabil este cea extins, cu un coninut minim de energie.
Acizii grai nesaturai prezint conformaia cis. n cazul acizilor polinesaturai dublele legturi nu sunt niciodat conjugate.
Acizii grai sunt insolubili n ap solubili n solveni nepolari, de asemenea ei se solubilizeaz n NaOH i KOH cu formare de sruri numite spunuri. nu absorb lumina nici n vizibil nici n UV prin ncalzire cu KOH acizii grai polinesaturai pot fi izomerizai n acizi grai cu duble legturi conjugate, form sub care absorb lumina UV ntre 230-260 nm.
Acizii grai nesaturai dau reacii de adiie la legtura dubl.
Reacia de hidrogenare
Adiia de halogeni (iod) are utilitate practic n determinarea numrului de duble legturi din acizii grai liberi sau din acizii grai care alctuiesc lipidele.
Acizi grai saturai:H3CH3C
( CH2)2(CH2)6
COOHCOOH
acid butiricacid caprilic
H3C H3C H3CHC 3
( CH2)4 (CH2)8
COOH COOH
acid capronic acid caprinic acid lauric
(CH2)10 COOH(CH )12 2
COOH acid miristic
HC 3
(CH )14 2
COOH acid palmitic
H3CH3C
(CH2)16(CH2)18
COOH acid stearicCOOH acid arahidic
H3C
(CH2)22
COOH acid lignoceric
Acizii grai nesaturai acizi monoenoiciH3C (CH2)5 CH CH (CH2)7 COOH acid palmitoleic
H3CH3C (CH2)4
(CH2)7CH CH
CHCH2
CHCH
(CH2)7CH
COOH acid oleicCOOH acid linoleic
Acizi polienoici(CH2)7
H3C CH2 CH CH CH2 CH CH CH2 CH CH (CH2)7 COOH acid linolenicH3C (CH2)4 CH CH CH2 CH CH CH2 CH CH CH2 CH CH (CH2)3 COOH acid arahidonic
Acizii linoleic, linolenic i arahidonic sun acizi grai
eseniali.
Metabolismul acizilor grai saturaiDigestia i absorbia lipidelor Grsimile ingerate constau ntr-o varietate de lipide din care majoritare sunt fosfolipidele i
triacilglicerolii.
Circa 15% din triacilgliceroli sunt hidrolizai n stomac de ctre o lipaz secretat de ctre celulele
secretoare gastrice.
Ceea ce rmne din triacilgliceroli i fosfolipide, este hidrolizat n intestinul subire de ctre enzime
secretate de celulele acinare ale pancreasului. Acestea includ o fosfolipaz i o triacilglicerol lipaz.
Lipaza pancreatic acioneaz asupra micelelor de triacilgliceroli . Srurile biliare acioneaz asupra picturilor mari de lipide pentru a le transforma n micele de mici dimensiuni.
Lipaza este o protein de 46kDa care se insereaz ea nsi n interfaa de pe suprafaa micelelor, mpreun cu colipaza, un cofactor proteic de 10
kDa care este esenial pentru activitatea enzimatic. n imaginea A, n absena lipidelor, regiunea capac a lipazei (lied) acoper centrul activ dar, n prezena lipidelor (imaginea B), capacul este retras spre procolipaza.
Aciunea colipazei
Lipaza ndeprteaz cei doi acizi grai dinspre exterior, dnd natere la monoacilglicerol. Acizii grai i monoacilglicerolul sunt transportai n celulele ce cptuesc peretele intestinal. Dup absorbie, acizii grai sunt convertii n acid
gras CoA prin reacie. Acid gras CoA poate apoi reaciona cu monoacilglicerolul pentru a reforma triacilglicerol care este apoi ncorporat n chilomicroni.
Triacilglicerolul se formeaz i n celulele intestinale, din glicerol-3-fosfat i acid gras CoA.
Aciunea lipazelor
Catabolismul acizilor grai Acizii grai se degradeaz prin cedarea succesiv a unor fragmente de 2 atomi de C, n urma unui proces de oxidare ce ar avea loc la nivelul carbonului din poziia n raport cu gruparea carboxil.
Catabolismul acizilor grai presupune activarea i transportul acizilor grai saturai n mitocondrie unde are loc oxidarea propriu-zis (-oxidarea).
Activarea acizilor grai se face cu consum de ATP i participarea CoA cu formare de tioesteri, ce nu penetreaz membrana intern. Pentru traversarea barierei are loc o
transesterificare de pe CoA pe o molecul carrier numit carnitin.
(CH3)3N+ CH2
CH OH
CH2
COOH carnitina
Activarea i transportul acizilor grai saturai Pentru activarea i transportul acizilor grai saturai sunt
necesare anumite enzime: tiokinaze (acil CoA -sintetaze) acil CoA-transferaze. Aceste enzime se gsesc n membrana mitocondrial extern, intramitocondrial precum i n microzomi. Activarea acizilor grai se realizeaz n membrana
mitocondrial extern, dup care are loc transferul acidului gras activat cu ajutorul canitinei n mitocondrie, unde pune n libertate carnitina i acidul gras intr n procesul de oxidare propriu-zis.
R COOH + +CoASH ATP
tiokinazaR CO SCoA aciltransferaza
carnitina
carnitina R CO SCoA
PP AMP +
aciltransferaza oxidarea CoASH
CoA
acilcarnitina
acilcarnitina
membrana mitocondriala externa
membrana mitocondriala interna
mitocondrie
Oxidarea propriu-zis (- oxidarea) Procesul de -oxidare sau ciclul lui Lynen se desfoar n mitocondrie. Etapele procesului de -oxidare sunt urmtoarele: dehidrogenarea de tip - aditia stereospecific a moleculei de ap dehidrogenare clivare - (tioliz)
R CH2 CH2 CO SCoA NAD+ acil_CoA_dehidrogenaza NADH+ + H R CH CH CO H2O LR3
ATP
SCoA
R
CH CH2
CO
SCoA
OH FAD dehidrogenaza LR FADH2 R C CH2 O CO SCoA
2ATP
CoASH H3C CO SCoA TCA + LR
tiolaza12
ATP
R CO SCoA
Degradarea acizilor gra prin -oxidare are loc pe o
cale alctuit din 2 reacii de dehidrogenare, ntrerupte de o hidratare i o scindare prin tioliz, cnd se pierd 2 atomi de C sub form de acetil- CoA. Restul obinut, mai scurt cu e atomi de C repet calea
pn este integral degradat la acetil- CoA. Acidul gras se oxideaz total pn la CO2, ap i
energie.
Pentru oxidarea acidului palmitic care este format din 16 atomi de C, acesta trece de 7 ori prin procesul de oxidare propriu-zis, rezultnd la final 7 molecule de acetil-CoA. Bilanul energetic pentru oxidarea aciduli palmitic este urmtorul: Din cele 8 Ac-CoA ----- 8 x 12 ATP = 96 ATP n fiecare tur de -oxidare se formeaz 5 ATP---- 7 x 5ATP = 35 ATP n procesul de activare se consum 1 ATP Total: 130 ATP / molecul de acid palmitic oxidat. Pe lng procesul de -oxidare se mai cunosc i alte procese de oxidare a acizilor grai cum ar fi: -oxidarea i - oxidarea.
Catabolismul acizilor grai cu numr impar de atomi de carbon
Oxidarea acizilor grai cu numr impar de atomi de carbon se realizeaz dup acelai model ca i oxidarea Presupune aceleai etape:
-activarea, -transportul n mitocondrie, -integrarea n -oxidare. n final se ajunge la un rest cu 5 atomi de carbon. Acesta se scindeaz la acetil CoA i propionilCoA. .
Propionil-CoA se transform n succinil-CoA, care intr n TCACH3 CH2 CO 2 H3C CH COOH CH2 COOH TCA
propionil CO SCoA carboxilaza
mutaza CH2 CO SCoA CO SCoA
Biosinteza acizilor grai Biosinteza acizilor grai saturai se realizeaz din acetil-CoA (precursorul principal) Procesul are loc predominant n ficat esutul adipos glandele mamare ale animalelor superioare.
Procesul de biosintez difer de cel al oxidrii acizilor grai.
Biosinteza acizilor grai -n citosol oxidarea acizilor grai -n mitocondrii. Prezena citratului este necesar pentru obinerea unor viteze maxime de sintez, dar nu este cerut pentru oxidarea lor.
CO2 este esenial pentru sinteza acizilor grai n extractele celulare, dei nu este ncoporat n acizii nou sintetizai. Aceste observaii au dus la concluzia c sinteza acizilor grai se realizeaz cu un grup de enzime total diferit de cel folosit la oxidarea acizilor grai. Reacia de sintez a acizilor grai este catalizat de un sistem multienzimatic complex din citosol, numit complexul sintetazei acizilor grai.
Biosinteza acidului palmitic Precursorul esenial al acizilor grai este acetilCoA. din cele 8 uniti acetil necesare pentru biosinteza acidului palmitic -numai una este furnizat de acetil-CoA -restul sunt furnizate sub form de malonil-CoA,
format din acetil-CoA i HCO3- ntr-o reacie de carboxilare. restul acetil i cele 7 resturi malonil sunt supuse unor trepte succesive de condensare care elibereaz 7 CO2 formnd acidul palmitic.
Ac_CoA
+7 malonil_CoA + 14NADPH +H+
H3C
(CH2)14 + 7 CO 2 +8CoA
+
14NADP
++
6H2O
Singura molecul de Ac-CoA necesar procesului
servete ca iniiator, cei doi atomi de C ai acestei grupri acetil devenind atomii de C terminali ai acidului format. Creterea lanului acidului gras ncepe la gruparea carboxil a acetil-CoA i continu prin adiia succesiv a resturilor acetil la captul carboxil al lanului care crete. Fiecare rest acetil este obinut dintr-un rest de acid malonic, care ptrunde n sistem sub form de malonil-CoA.
Al 3-lea atom de C al acidului malonic este
eliminat sub form de CO2.
Intermediarii acil al procesului de alungire a lanului sunt tioesteri, dar nu ai CoA, ca n cazul
oxidrii acizilor grai, ci ai unui conjugat proteic, numit protein acil-transportoare (PTA).
Aceast protein poate forma un complex cu cele 6 enzime implicate pentru sinteza complet a acidului palmitic. n majoritatea celulelor eucariotelor, toate proteinele complexului sintetazei acizilor grai sunt asociate ntr-un grup multienzimatic.
Sursa de atomi de carbon Principala surs de carbon = acetil-CoA format n mitocondrii prin - decarboxilarea oxidativ a piruvatului -degradarea oxidativ a unor aminoacizi - oxidarea acizilor grai cu lanuri lungi Acetil-CoA nu poate trece ca atare din mitocondrie n
citosol. Citratul format n mitocondrii din acetil-CoA i oxalilacetat, poate s treac prin membrana mitocondrial n citoplasm pe calea sistemului de transport tricarboxilat. n citosol acetil-CoA este regenerat din citrat sub aciunea
ATP-citrat liazei, care catalizeaz reacia: Citrat + ATP + CoA = acetil-CoA + ADP + Pa + oxalil-acetat
Formarea de malonil-CoA Malonil-CoA se formeaz din acetil-CoA i bicarbonat n citosol, prin aciunea acetil-CoA carboxilazei.H3C CO SCoA+ HCO 3
COOH acetil-CoA + ATP CH carboxilaza 2 CO SCoA
+ ADP
+
Pa
Atomul de C al bicarbonatului devine carbonul carboxilic
distal sau liber al malonil-CoA. grupare prostetic
Acetil-CoA carboxilaza este o enzim ce conine biotin ca Biotina legat covalent este transportor intermediar al unei
molecule de CO2, ntr-un ciclu de reacii n dou trepte.
HCO 3- H+ ATP
biotin_enzima
malonil_CoA
ADP Pa
carboxi_biotin_enzima
acetil_CoA
Reacia catalizat de acetil-CoA carboxilaza (enzim allosteric) este etapa reglatoare care limiteaz viteza n cadrul biosintezei acizilor grai.
Citratul este modulatorul pozitiv al acestei reacii deplasnd echilibrul ntre monomerul inactiv i polimerul activ, n favoarea celui din urm. Reacia acetil-CoA carboxilazei este de fapt mai complex . Unitatea monomeric a enzimei conine 4 subuniti diferite.
Una dintre aceste subuniti, biotin-carboxilaza (BC), catalizeaz prima treapt a reaciei totale i anume carboxilarea resturilor de biotin legat de a doua subunitate, care se numete proteina
transportoare biotin-carboxil (PTBC).sububitatea BC H ATP carboxi_biotin_PTBC ADP Pa+
Biotin_PTBC HCO 3-
carboxibiotin_PTBC H3C
subunitatea CT CO SCoA biotin_PTBC carboxil transferaza
COOH CH2 CO SCoA
Resturile de biotin ale proteinei transportoare de
carboxil servesc ca prghii n transportul ionului bicarbonat de pe subunitatea biotin-carboxilzei la acetil-CoA, care este legat la situsul activ al subunitii carboxil-transferazei. Trecerea de la forma monomeric inactiv a acetil-
CoA carboxilazei la forma polimeric activ a enzimei are loc cnd citratul este legat de cea de-a patra subunitate a fiecrui monomer.
Reaciile sistemului sintetazei Dup formarea malonil-CoA, urmeaz sinteza acizilor grai ntr-o secven de 6 trepte
succesive, catalizate de 6 enzime ale complexului sintetazei acizilor grai. activitate enzimatic, ea este protein transportoare de acil, de care este ataat covalent lanul de formare a acidului gras.
Cea de-a aptea protein din sistem, nu are
Complexul acid gras-sintetazei este un dimer
fiecare monomer conine 2 grupri SHuna aparine 4-fosfopantoteinei din ACP (AcylCarrier-Protein) alta unei cisteine din -cetoacilsintetazei Cei 2 monomeri sunt astfel aranjai nct n apropierea ACP-SH dintr-un monomer se gsete o grupare Cis-SH din cetoacilsintetaza.
Biosinteza acidului gras ncepe prin legarea unei molecule de acetil-CoA de gruparea Cis-SH, catalizat de acetil-transacilaza. Malonil-CoA se combin cu gruparea SH a 4-
fosfopantoteinei legat de ACP din cellalt monomer n prezena malonil-transacilazei.
n continuare acetilul atac gruparea metilen din malonil, reacie catalizat de -cetoacilsintetaza cu eliberarea de Co2 i formarea de cetoacil enzima.
Gruparea SH a cisteinei rmne liber.
Prin reacia de decarboxilare se elibereaz energie necesar condensrii i desfurrii secvenei de
reacii.
Gruparea cetoacil legat de enzim este redus, deshidratat, redus din nou pentru a forma
acil enzima saturat.
Reaciile sunt analoage celor din -oxidare, cu deosebirea c -hidroxiacidul este izomerul D(-), iar donorul este NADPH.
n continuarea a nou grupare malonil atac gruparea SH a fosfopantoteinei deplasnd restul acil saturat la gruparea SH liber a cisteine. Secvena de reacii se repet de 7 ori, de fiecare dat fiind ncorporat un rest malonil, pn la formarea acidului palmitic. Reaciile procesului de biosintez sunt urmtoarele:
(1) Cis_SH (2) Pan_SH
H3C
COSCoA
acetiltransacilaza
(1)
Cis
S CO CH3 S CO CH2
betacetoacil sintetaza COOH
maloniltransacilaza HOOC CH2 COSCoA (2) Pan 2CoASH
(1) Cis_SH (2) Pan_S CO CH2
-cetoacilreductaza CO CH3 NADPH H+ NADP +
(1) Cis_SH (2) Pan_S CO CH2 CH OH CH3
CO 2
(1) Cis_SH hidrataza (2) H2O Pan_S CO H C C CH3 H
enoil-reductaza H+ NADP +
(1) Cis_SH (2) Pan_S CO CH2 CH2 CH3
NADPH
(1) Cis_S CO CH2 CH2 malonil-transferaza (2) Pan_S malonil-CoA CoASH (1) Cis_SH (2) Pan_S CO (CH2)14 CH3 tioesteraza
CH3
CO CH2 COOH
(1) Cis_SH H3C (2) Pan_SH (CH2)14 COOH
Ecuaia global de obinere a acidului palmitic
este:8H3C CO SCoA 14 NADPH 14 H+ 7ATP H O 2 H3C (CH2)14 COOH 8CoASH 14NADP+ 7ADP 7Pa
Acidul palmitic format pentru a putea fi ncorporat ntr-o cale metabolic este activat n prezena de tiokinaz i ATP la palmitil-CoA. Moleculele de NADPH necesare reaciilor de reducere se formeaz prin oxidarea glucozo-6-
fosfatului pe calea fosfogluconatului.
Etapele ce conduc la biosinteza acizilor grai difer de cele implicate n oxidarea acizilor grai astfel: localizarea intracelular tipul de transportor de grupri acil forma sub care sunt adugate sau ndeprtate unitile cu 2 atomi de carbon specificitatea fa de NADP+ a reaciei -cetoacil -hidroxiacilului configuraia stereoizomeric a intermediarului hidroxiacil sistemul acceptor-donor de e- ai etapei crotonilbutiril rspunsul la citrat i HCO3-.