Biosintesi degli acidi grassi e dei lipidi

Presentazione sul tema: "Biosintesi degli acidi grassi e dei lipidi"— Transcript della presentazione:

1 Biosintesi degli acidi grassi e dei lipidi
Tutte le cellule contengono lipidi che sono prevalentemente composti da acidi grassi I grassi che si accumulano nei semi e nei frutti non vi sono trasportati ma sono sintetizzati in situ dal saccarosio o da altri zuccheri traslocati La conversione dei carboidrati in grassi presuppone la produzione sia di acidi grassi che del glicerolo con il quale essi sono esterificati La maggior parte delle reazioni di sintesi degli acidi grassi avviene solo nei cloroplasti delle foglie o nei proplastidi dei semi oleosi

2 PRIMO PUNTO: LA FONTE DEL SUBSTRATO PRIMARIO È L’ACETATO
L’ACETIL-CoA rappresenta il principale precursore del metabolismo degli acidi grassi Nei tessuti non fotosintetici delle piante, l’acetil-CoA è prodotto dal glucosio attraverso il percorso glicolitico Nei tessuti fotosintetici il piruvato può essere prodotto anche dalla gliceraldeide-3-fosfato sintetizzata dal ciclo di Calvin Inoltre c’è un’acetil-CoA sintasi attiva nei cloroplasti che è capace di attivare anche ogni acetato generato fuori dal cloroplasto

3 SECONDO PUNTO: FONDAMENTALE È LA PRODUZIONE DEL MALONIL-CoA
La formazione del legame C-C tra unità successive di acetato è un processo che consuma energia Per favorire un gruppo uscente energeticamente favorevole per la reazione di condensazione la cellula prima carbossila l’acetil-CoA in una reazione che si verifica in due passaggi Viene quindi prodotto malonil-CoA è un substrato essenziale per la sintesi degli acidi grassi La reazione ha come reagenti l’acetil-CoA che viene carbossilato tramite lo ione bicarbonato in una reazione catalizzata dalla ACETIL-CoA CARBOSSILASI

4 La reazione prevede un intermedio N-carbossibiotinico legato covalentemente:
E-biotina + ATP + HCO3-  E-N-carbossibiotina + ADP + Pi E-N-carbossibiotina + acetil-CoA  malonil-CoA + E-biotina

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6 Nelle cellule procariotiche questo enzima consiste di tre proteine separate:
a) una piccola proteina trasportatrice che contiene la biotina legata covalentemente b) una biotina carbossilasi che catalizza la prima delle reazioni prima descritte c) una trans-carbossilasi che trasferisce il gruppo carbossilico attivato dell’N-carbossibiotina all’acetil-CoA. La catena idrocarburica della biotina e quella del residuo di lisina ad essa associata fungono da braccio oscillante, che permette alla biotina di interagire con i siti catalitici di entrambe le subunità

7 Sebbene il malonil-CoA venga utilizzato in parecchie vie biosintetiche della cellula, la biosintei dei grassi è l’unico destino conosciuto del malonil-CoA nei plastidi L’attività dell’acil-CoA carbossilasi è quindi regolata ed è questa reazione che determina la velocità globale della sintesi dei grassi

8 LA PROTEINA TRASPORTATRICE DI ACILI E LE SUE FUNZIONI
Una caratteristica saliente della sintesi degli acidi grassi è che i gruppi acilici sono attaccati ad una proteina a basso peso molecolare: la proteina trasportatrice di acili (ACP=Acyl Carrier Protein) Questa proteina, che è parte integrante di tutte le sintasi degli acidi grassi, ha 77 amminoacidi La parte funzionale della proteina è una molecola di “4 fosfopantoteina” che è attaccata da un residuo di serina alla posizione 36

9 La 4’ fosfopantoteina ha un gruppo SH terminale al quale i gruppi acilici sono attaccati tramite un legame tioestere uguale a quello trovato nel CoA L’ACP funziona come un braccio flessibile che trasferisce gli acidi grassi intermedi da un sito dell’enzima all’altro

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12 TERZO PUNTO: LA SINTESI DI ACIDI GRASSI PRENDE AVVIO DALLA CONDENSAZIONE DELL’ACETIL-COA E MALONIL-CoA. L’ACP entra nella sintesi degli acidi grassi grazie all’azione della malonil-CoA ACP transacilasi e della acetil-CoA transacilasi Il gruppo acilico viene trasferito dall’acil-CoA all’ACP

13 LE REAZIONI DELLA SINTESI DEGLI ACIDI GRASSI
La catena degli acidi grassi viene costruita per addizioni successive di unità a due atomi di carbonio. Ogni ciclo è rappresentato da diverse reazioni che iniziano con quella catalizzata dall’acil-CoA carbossilasi L’ ACIDO GRASSO SINTETASI (FAS) fa riferimento a tutte le attività enzimatiche della biosintesi esclusa quella dell’Acil-CoA carbossilasi

14 Sono stati trovati diversi tipi di ACIDO GRASSO SINTASI (FAS) in natura:
FAS tipo I in animali e lieviti che è un singolo complesso enzimatico le cui subunità sono capaci di catalizzare parecchie reazioni diverse (tipo piruvato deidrogenasi) FAS tipo II nelle piante e in batteri, nella quale ogni attività enzimatica appartiene ad una specifica proteina

15 LE REAZIONI DELLA SINTESI DEGLI ACIDI GRASSI
A partire da una mole di acetil-ACP ed una di malonil-ACP in quattro reazioni si produce una mole di BUTIRRIL-ACP con reazioni sostanzialmente molto simili (in senso opposto) alle reazioni coinvolte nell’ossidazione dei grassi

16 In sintesi si hanno: Condensazione Riduzione Disidratazione L’ACP è il trasportatore di acili, mentre il potere riducente è fornito dal NADPH

17 Perché si utilizza il malonil-ACP come donatore di unità acetiliche?
L’eventuale condensazione di due unità acetiliche attivate è una reazione piuttosto endoergonica. Il gruppo carbossilico del malonil-ACP è un buon gruppo uscente Una volta che il residuo acetile è stato trasferito alla –CHETOACIL-ACP-SINTASI, la molecola dell’ACP è libera di legarsi al residuo malonilico

18 Questa reazione è catalizzata dall’enzima MALONIL-TRANSFERASI
Con tutti e due i substrati posizionati sull’enzima si ha una condensazione tra il malonil-ACP e l’Acetil-Sintasi. Questa condensazione, catalizzata dall’enzima –CHETOACIL-ACP-SINTASI, produce un intermedio chetonico, l’acetoacetil-ACP

19 Durante la reazione di condensazione il malonil-ACP è decarbossilato rilasciando CO2
Studi sugli isotopi hanno dimostrato che questa CO2 è la stessa che si aggiunge durante la reazione della acetil-CoA carbossilasi; infatti non c’è incorporazione di radioattività negli acidi grassi, quando i tessuti vengono incubati con bicarbonato marcato con 14C L’intermedio acetil-ACP è poi ridotto in una reazione catalizzata dall’enzima –CHETOACIL-RIDUTTASI. Il donatore di elettroni in questa reazione è il NADPH e il prodotto è il D-3-idrossiacilbutirrato

20 L’intermedio insaturo è quindi ridotto dall’aggiunta di un idrogeno al doppio legame in modo da formare l’intermedio saturo butirril-ACP Questa reazione è catalizzata dall’enzima ENOIL-ACP RIDUTTASI In questo modo si completa la prima parte del processo attraverso il quale l’unità bicarboniosa, acetil-ACP, è allungata a formare una unità di quattro carboni (butirril-ACP)

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22 Il Butirril-ACP diviene il substrato starter del successivo ciclo di reazioni
Il residuo butirrile è trasferito ad un gruppo SH libero della -chetoacil ACP sintasi e un altro residuo malonilico viene trasferito dal CoA all’ACP La sequenza di reazioni si ripete producendo un intermedio a sei atomi di carbonio Il processo continua fin quando l’acido grasso raggiunge una lunghezza di 16 carboni (palmitoil-ACP)

23 Acidi grassi a numeri dispari sono prodotti in bassissime quantità (0,5-1% della quantità totale) nelle piante e nei tessuti animali I grassi dei ruminanti contengono piccole ma significative quantità di acido pentadecanoico (C15:0) e eptadecanoico (C17:0). Questi acidi grassi sono ottenuti dall’incorporazione della molecola a tre atomi di C, propionil-CoA come primer al posto dell’acetil-CoA E’ stato notato che diete ricche di cereali aumentano il contenuto di questo tipo di acidi grassi dispari perché fanno aumentare la concentrazione di propionato nel liquido del rumine In casi estremi il livello di questi acidi grassi può raggiungere il % nei tessuti adiposi delle pecore

24 SPECIFICITÀ DELLE SINTASI DEGLI ACIDI GRASSI
Piante e animali Nella maggior parte delle specie animali e vegetali circa il 90% degli acidi grassi prodotti possiedono 16 atomi di carbonio (es. palmitoil-ACP) L’enzima responsabile di questa specificità di catena è la -CHETOACIL ACP SINTASI Alla fine di ogni sequenza di quattro reazioni, l’acido grasso formatosi viene trasferito dall’ACP al gruppo SH della -CHETOACIL ACP SINTASI Questo enzima accetta facilmente acidi grassi a 14 atomi di carbonio mentre accetta con difficoltà quelli a 16. Quindi il processo di elongazione si ferma una volta raggiunti nell’acido grasso i 16 atomi di carbonio

25 L’acido grasso appena formato viene rilasciato dalla sintasi grazie all’ACIL-ACP-TIOESTERASI
Negli animali la tioesterasi è parte integrale del complesso della sintasi, mentre nelle piante sembra essere un enzima solubile distinto L’esatto meccanismo che porta alla terminazione dell’elongazione degli acidi grassi non è ben conosciuto per tutte le specie animali

26 RILASCIO DEGLI ACIDI GRASSI DALLA SINTASI DEGLI ACIDI GRASSI
Gli acidi grassi possono essere rilasciati dalla sintasi in un numero variabile di forme Nella maggior parte degli animali gli acidi grassi sono rilasciati come acidi grassi liberi che possono poi essere modificati per varie vie Nelle piante e nei microrganismi gli acidi grassi possono essere rilasciati come acidi grassi liberi o possono essere legati al CoA dopo il rilascio In certi microrganismi come E. coli ed Euglena gracilis l’acido grasso è trasferito direttamente dall’ACP all’acido fosfatidico e dopo nei trigliceridi e fosfolipidi

27 ALLUNGAMENTO DEGLI ACIDI GRASSI
La sintesi de novo degli acidi grassi produce principalmente acido palmitico (C16:0) Tuttavia, l’analisi del contenuto in acidi grassi nei tessuti vegetali ed animali rivela la presenza di un gran numero di acidi grassi con più di 16 atomi di carbonio Alcuni di essi possono derivare dalla dieta, nel caso degli animali, ma sia gli animali che le piante possono allungare gli acidi grassi NELLE CELLULE EUCARIOTICHE L’ALLUNGAMENTO HA LUOGO SIA NEI MITOCONDRI CHE NEL RETICOLO ENDOPLASMATICO

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29 DESATURAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI
L’insaturazione degli acidi grassi prende avvio dallo stearato o dal palmitato ad opera di un complesso enzimatico definito ACIL-CoA DESATURASI Stearoil-CoA + NADH + H++ O2 OLEIL-CoA + NAD+ + 2H2O Nella reazione entrambi i substrati vanno incontro ad una ossidazione a due elettroni e nel trasferimento complessivo di elettroni è coinvolto un altro enzima, CITOCROMO b1 RIDUTTASI

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32 BIOSINTESI DEI TRIACILGLICEROLI
Il glicerolo-3-fosfato e gli acil-CoA rappresentano i mattoni per la costruzione di queste molecole Il glicerolo-3-fosfato deriva dalla riduzione dell’idrossiacetonfosfato ad opera della GLICEROLO FOSFATO DEIDROGENASI o dalla fosforilazione ATP-dipendente del glicerolo catalizzata dalla GLICEROLO CHINASI Diidrossiacetonfosfato + NADH + H+ Glicerolo-3-P + NAD+ Glicerolo + ATP Glicerolo-3-P + ADP

33 Acil-S-CoA + Glicerolo-3-P Monoacilglicerolo-3-P + CoA-SH
Il glicerolo-3-P così formato va incontro a due esterificazioni successive con gli acil-CoA con formazione di DIACILGLICEROLO-3-FOSFATO Acil-S-CoA + Glicerolo-3-P Monoacilglicerolo-3-P + CoA-SH Monoacilglicerolo-3-P + acil-S-CoA Diacilglicerolo-3-P + CoA-SH Il diacilglicerolo-3-P è detto anche ACIDO FOSFATIDICO, precursore sia dei fosfolipidi che dei triacilgliceroli Acido Fosfatidico + H2O  1,2-diacilglicerolo + Pi 1,2-diacilglicerolo + acil-CoA  triacilglicerolo + CoA-SH