BIOSÍNTESIS DE

ÁCIDOS GRASOS

BIOQUÍMICA II

Q.F. FREDY MARTOS RODRÍGUEZ

BIOSÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS

Cuando se descubrió la β-oxidación se creyó que la síntesis de ácidos grasos era la inversión de ésta (β-oxidación). En la actualidad sabemos que bioquímicamente esto no es así por que las enzimas, los transportadores del grupo acilo, la localización intracelular y la regulación no son los mismos en ambas rutas.

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.

Hay 3 reacciones (con sus respectivos sistemas enzimáticos) que se dan en la síntesis de los ácidos grasos:

- Biosínteis del palmitato a partir de acetil-CoA (citosol).

- Elongación de la cadena a partir de palmitato (mitocondrias y retículo endoplásmico).

- Desaturación (retículo endoplásmico).

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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

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TRANSPORTE DE LAS UNIDADES ACILO Y DE LOS EQUIVALENTES REDUCTORES AL CITOSOL

El 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 .

TRANSPORTE DE LAS UNIDADES ACETILO Y LOS EQUIVALENTES REDUCTORES UTILIZADOS EN LA SÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS

1. Citrato sintasa2. Citrato liasa.3. Malato deshidrogenasa.4. Enzima málica.5. Piruvato carboxilasa

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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.

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 sintetizar 1 mol de palmitato se genera en el citosol por la ruta de la pentosa fosfato.

Piruvato + CO2 + ATP + H2O oxalacetato + ADP + Pi + H+

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BIOSÍNTESIS DEL PALMITATO

La química de la síntesis del palmitato es muy similar al de la oxidación del palmitato en sentido inverso. Bioquímicamente se diferencian ya que la bosíntesis 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.

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BIOSÍNTESIS DEL PALMITATO

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).

- 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).

- Reacción 4 (condensación): Formación del β-cetoacil-ACP, 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 malonil-ACP activa su carbono metileno para que actúe como nucleófilo y ataque al carbono ceto electrófilo del grupo acetilo.

LAS TRES PRIMERAS REACCIONES DE CADA CICLO DE ADICIÓN DE LA SÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS

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BIOSÍNTESIS DEL PALMITATO

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.

- Reacción 6 (Deshidratación): Formación de trans-Δ2-Enoli-ACP, la D-3-hidroxiacil-ACP sufre una deshidratación con participación de la 3-hidroxi-ACP deshidratasa.

- 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 malonil-ACP 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.

Síntesis del Palmitato que se Inicia con la Malonil –ACP y la Acetil-ACP

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BIOSÍNTESIS DEL 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.

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BIOSÍNTESIS DEL 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.

COMPLEJO ACIDO GRASO SINTASA (MECANISMO DEL BRAZO OSCILANTE

1. Acetil-CoA-ACP transacilasa2. β-cetoacil-ACP sintasa.3. Malonil-CoA-ACP

transacilasa4. β-cetoacil-ACP reductasa.5. β-hidroxiacil-ACP

deshidrasa.6. Enoil-ACP reductasa

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ELONGACIÓN DE LAS CADENAS DE LOS ÁCIDOS GRASOS

- En las células eucariotas, la elongación se produce tanto en las mitocondrias como en el retículo endoplásmico (sistema microsómico). Este proceso es similar a la secuencia de la ácido graso sintasa que conduce a palmitato, pero con la intervención de derivados acil-CoA y enzimas separadas.

- La primera reacción es una condensación entre la malonil-CoA y un sustrato acil-CoA 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

ELONGACIÓN DE LAS CADENAS DE LOS ÁCIDOS GRASOS

BIOSÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS

DESATURACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS

- Los ácidos grasos monoinsaturados más frecuentes en los lípidos de los animales son el ácido oleico y el palmitoleico. Estos compuestos se sintetizan a partir de estearato y palmitato respectivamente, mediante un sistema microsómico denominado acil-CoA desaturasa.

- La reacción global para la desaturación de la estearoil-CoA (Δ9 )es:

Estearoil-CoA + NADH + H+ + O2 oleil-CoA + NAD+ + 2H2O

- Además del sistema de deasturación Δ9, las células de los mamíferos contienen deasturasas Δ5 y Δ6, estas enzimas están controladas hormonalmente (insulina y otras).

- Los mamíferos no son capaces de introducir dobles enlaces más allá de Δ9 en la cadena de ácido graso por lo que no pueden sintetizar ácido linoleico, ni el ácido linolénico. A estos ácidos se les denomina ácidos esenciales porque deben ser ingeridos con la dieta, y que posteriormente sufren reacciones de desarturación y elongación. Del ácido linoleico se biosintetiza ácido araquidónico (precursor de los eicosanoides).

Ruta de la conversión del ácido linoleico a ácido araquidónico

BIOSÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS

CONTROL DE LA SINTEIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS

- 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 (transporte) para impedir la transferencia de acetil-CoA desde la matriz mitocondrial al citosol.

- Inhibición de la acetil–CoA carboxilasa (formación del malonil-CoA) 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.

BIOSÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS

BIOSINTESIS DE LOS TRIACILGLICEROLES

- La acil-CoA, junto con el glicerol-3-fosfato, son los principales precursores de los triacilgliceroles.

- El glicerrol-3-fosfato procede de la reducción del intermediario glucolítico dihidroxiacetona fosfato (DHAP), catalizada por la glicerol fosfato deshidrogenasa, o de la fosforilación del glicerol, dependiente de ATP, por la glicerol quinasa:Dihidroxiacetona fosfato + NADH + H+ L-glicerol-3-fosfato + NAD+

Glicerol + ATP L-glicerol-3-fosfato + ATP

BIOSÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS

BIOSINTESIS DE LOS TRIACILGLICEROLES

- El glicerol-3-fosfato sufre 2 esterificaciones sucesivas con acil-CoA, para producir diacilglicerol-3-fosfato.

- El diacilglicerol-3-fosfato (o ácido fosfatídico), es precursor de los fosfolípidos como de los triacilgliceroles.

- Par la formación de los triacilgliceroles se tiene que eliminar hidrolíticamente el grupo fosfato del diacilglicerol-3-fosfato, seguida de la transferencia de otro grupo acilo de una acil-CoA.

Acil-S-CoA + glycerol-3-fosfato monoacilglicerol-3-fosfato + CoA-SHMonoacilglicerol-3-fosfato + acil-S-CoA diacilglicerol-3-fosfato + CoA-SH

Ácido fosfatídico + H2O 1,2-diacilglicerol + Pi1,2-Diacilglicerol + acil-CoA triacilglicerol +CoA-SH

CETOGÉNESIS

La acetil-CoA tiene 3 destinos metabólicos importantes: La oxidación a CO2 en el CAC, biosíntesis de ácidos grasos y la cetogénesis.

Cuando las concentraciones de acetil-CoA son elevadas, 2 moles de acetil-CoA experimentan una inversión de la reacción de la tiolasa para dar acetoacetil-CoA (a bajas concentraciones de oxalacetato).

La acetoacetil-CoA más una tercera molécula de acetil-CoA para dar β-hidroxi-β-metilglutaril-CoA (HMG-CoA) catalizado por la HMG-CoA sintasa.

El la mitocondria la HMG-CoA sufre la acción de la HMG-CoA liasa para producir acetoacetato y acetil CoA.

El acetoacetato experimenta una reducción (NADH) para dar lugar a β-hidroxibutirato o espontáneamente acetona (cantidades pequeñas) por descarboxilación.

El acetoacetato, la acetona y el β-hidroxibutirato se denominan cuerpos cetónicos.

BIOSINTESIS DE LOS CUERPOS CETÓNICOS EN EL HÍGADO

CETOGÉNESIS

La cetogénesis es considerada como una “ruta de rebosamiento” porque se estimula cuando se acumula acetil-CoA a causa de una utilización deficitaria de los hidratos de carbono.

La cetogénesis se produce en el hígado, debido a las elevadas concentraciones de HMG-CoA sintasa.

Los cuerpos cetónicos se transportan desde el hígado a otros tejidos donde el acetoacetato y el β-hidroxibutirato pueden reconvertirse en acetil-CoA para generar energía. La reconversión implica la transferencia enzimática de una porción CoA desde la succinil-CoA al acetoacetato para dar acetoacetil-CoA.

La cetogénesis se produce en la inanición y cuando el cerebro o el corazón no cuentan con la glucosa necesaria y tiene que utilizar a los cuerpos cetónicos como fuente de energía.