Corso di Laurea in Farmacia Insegnamento di BIOCHIMICA Angela Chambery

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1 Corso di Laurea in Farmacia Insegnamento di BIOCHIMICA Angela Chambery Lezione 31

2 Lipidi I lipidi si dividono in due gruppi principali: I gruppo: comprende composti a catena aperta con una testa polare e lunghe code apolari (acidi grassi, triacilgliceroli, fosfolipidi, sfingolipidi e glicolipidi) II gruppo: comprende composti ad anelli fusi, gli steroidi (tra cui il colesterolo). Esistono poi lipidi associati a proteine (lipoproteine) e polisaccaridi (lipopolisaccaridi).

3 Acidi grassi Gli acidi grassi sono acidi carbossilici con una catena idrocarburica composta da 4 a 36 atomi di carbonio. Sono composti anfipatici perché contengono il gruppo carbossilico idrofilo e una catena idrocarburica idrofobica. Il gruppo carbossilico può ionizzare. La catena idocarburica può contenere solo legami singoli (acidi grassi saturi) o può contenere uno (acidi grassi insaturi) o più (acidi grassi polinsaturi) doppi legami. Gli acidi grassi insaturi la stereochimica del doppio legame è spesso cis con una torsione nella coda idrocarburica.

4 Trigliceridi I grassi sono costituiti per la maggior parte da miscele di triacilgliceroli (o trigliceridi) triesteri di acidi grassi del glicerolo, un composto che contiene tre gruppi ossidrilici.

5 Triacilgliceroli I trigliceridi si accumulano nel tessuto adiposo negli adipociti e costituiscono una riserva concentrata di energia metabolica. L ossidazione completa dei grassi produce circa 9 kcal/g rispetto alle 4 kcal/g dei carboidrati e proteine. Il contenuto di calorie per grammo nei grassi è più di due volte superiore a quello dei carboidrati e delle proteine.

6 Digestione, assorbimento e trasporto dei lipidi Concetti chiave: I triacilgliceroli sono demoliti dalle lipasi e i prodotti derivanti dalla loro scissione sono assorbiti dall intestino. Le lipoproteine trasportano i lipidi tra l intestino, il fegato e gli altri tessuti.

7 Assorbimento dei grassi

8 Acidi biliari e i loro coniugati Affinché i lipidi, insolubili in acqua, siano accessibili alle lipasi che si trovano in un mezzo acquoso, vengono inglobati in micelle composte da acidi biliari. Gli acidi biliari, molecole anfipatiche sintetizzate nel fegato a partire da colesterolo e secrete dalla cistifellea, facilitano la digestione dei lipidi nell intestino.

9 Lipasi pancreatiche La maggior parte dei lipidi della dieta è costituita dai triacilgliceroli che devono però essere degradati ad acidi grassi per essere assorbiti attraverso l epitelio intestinale. Le lipasi, enzimi intestinali secreti dal pancreas, degradano i triacilgliceroli ad acidi grassi e monoacilglicerolo.

10 Lipasi pancreatiche Il legame estereo di ciascuna molecola di triacilglicerolo è orientato verso la superficie delle micelle. Il legame diventa così più suscettibile alla digestione in ambiente acquoso in quanto le lipasi agiscono a livello dell interfaccia lipide-acqua.

11 Assorbimento dei grassi I prodotti finali della digestione vengono trasportati in forma micellare nell epitelio intestinale dove vengono trasportati attraverso la membrana. I trigliceridi vengono risintetizzati ed impacchettati insieme ad altri lipidi e all apolipoproteina B-48 per formare i chilomicroni che vengono poi riversati nel sistema linfatico.

12 Lipoproteine A causa di scarsa o nulla solubilità nel plasma (mezzo acquoso), i lipidi hanno bisogno di ancorarsi a proteine per poter circolare nel sangue. I lipidi vengono trasportati nel sangue sottoforma di aggregati micellari lipoproteici (Lipoproteine) capaci di formare sospensioni stabili. Le lipoproteine sono particelle complesse, ad alto peso molecolare, che trasportano lipidi apolari (soprattutto trigliceridi ed esteri del colesterolo) e proteine definite apolipoproteine.

13 Struttura molecolare di un chilomicrone I chilomicroni hanno struttura globulare nella quale apolipoproteine, fosfolipidi e colesterolo formano un involucro polare entro il quale sono racchiusi, segregati dall ambiente esterno acquoso, triacilgliceroli ed esteri del colesterolo.

14 Le lipoproteine del plasma umano

15 LDL

16 Il trasporto dei triacilgliceroli e del colesterolo

17 Colesterolo e aterosclerosi Le cellule periferiche non sono in grado di degradare il colesterolo in eccesso. Le HDL costituiscono un sistema che sottrae colesterolo libero ai tessuti periferici. Questo processo è ritenuto ANTI-ATEROGENO, ed un alto rapporto HDL/colesterolo conferisce all individuo un rischio ridotto di malattie coronariche. Le HDL prelevano il colesterolo dalle pareti delle arterie, ostacolando la formazione delle placche aterosclerotiche. Ecco perché il colesterolo HDL è comunemente detto buono. Le LDL, al contrario, depositano il colesterolo in eccesso sulle pareti delle arterie, favorendo così la formazione delle placche.

18 L ossidazione degli acidi grassi Concetti chiave: Gli acidi grassi da degradare sono legati al CoA tramite una reazione dipendente dall ATP. I gruppi acilici grassi sono trasportati nei mitocondri tramite il sistema navetta della carnitina per essere ossidati. A ogni giro della β-ossidazione mitocondriale sono prodotti FADH 2, NADH e acetil-coa. Per ossidare gli acidi grassi insaturi sono necessari ulteriori enzimi. Il propionil-coa prodotto dall ossidazione degli acidi grassi a catena dispari di atomi di carbonio è convertito a succinil-coa. I perossisomi ossidano gli acidi grassi a lunga catena producendo H 2 O 2.

19 L ossidazione degli acidi grassi L utilizzo degli acidi grassi come combustibili richiede tre stadi di trasformazione 1. I lipidi devono essere mobilizzati. In questo processo i triacilgliceroli vengono degradati ad acidi grassi e glicerolo, che vengono rilasciati dal tessuto adiposo e trasportati ai tessuti che richiedono energia. 2. Gli acidi grassi devono quindi essere attivati e trasportati nei mitocondri per la degradazione. 3. Nei mitocondri gli acidi grassi vengono degradati in modo graduale in acetil CoA, che poi viene ossidato nel ciclo dell acido citrico.

20 1. Mobilizzazione dei lipidi Affinché i grassi possano essere utilizzati come combustibili, i trigliceridi devono essere idrolizzati dalla lipasi per dare acidi grassi liberi. Lipasi Glicerolo Trigliceride Acidi grassi

21 1. Mobilizzazione dei lipidi L attività della lipasi è regolata dall AMP ciclico in risposta a stimoli ormonali. Glucagone e adrenalina stimolano i recettori 7TM che attivano l adenilato ciclasi che stimola la PKA a fosforilare due proteine, la perlipina e la lipasi, che portano alla mobilizzazione degli acidi grassi. ATGL: triacilglicerolo lipasi del tessuto adiposo Lipasi HS: lipasi ormone sensibile

22 1. Mobilizzazione dei lipidi Il glicerolo che deriva dall azione della lipasi viene captato nel fegato dove viene: Fosforilato a glicerolo 3-fosfato Ossidato a diidrossiacetone fosfato Isomerizzato a gliceraldeide 3-fosfato, intermedio della via glicolitica e gluconeogenetica

23 1. Mobilizzazione dei lipidi Il glicerolo può essere convertito in piruvato o a glucosio nel fegato. Gli acidi grassi vengono utilizzati come combustibili da molti tessuti mediante ossidazione.

24 2. Attivazione degli acidi grassi Prima di essere ossidati gli acidi grassi vengono attivati ossia legati al coenzima A. L adenosina trifosfato (ATP) favorisce la formazione di un legame tioestere tra il gruppo carbossilico di un acido grasso e il gruppo sulfidrilico del CoA. Acido grasso + CoA + ATP + H 2 O AcilCoA + AMP + 2 Pi + 2H La reazione avviene in due tappe, avviene sulla membrana mitocondriale esterna ed è catalizzata dall enzima acilcoa sintetasi. La reazione è irreversibile grazie all idrolisi del pirofosfato inorganico (equivalente all idrolisi di 2 ATP).

25 2. Attivazione degli acidi grassi Gli acidi grassi vengono attivati sulla membrana mitocondriale esterna mentre vengono ossidati nella matrice mitocondriale. La carnitina, un alcol zwitterionico, trasporta gli acidi grassi attivati nella matrice mitocondriale. Il gruppo acile viene trasferito allo zolfo del CoA formando l acil carnitina dalla carnitina pamitil trasferasi I (CPTI o Carnitina aciltransferasi I), enzima localizzato sulla membrana mitocondriale esterna.

26 2. Attivazione degli acidi grassi L acil carnitina attraversa la membrana mitocondriale interna servendosi di una traslocasi. Il gruppo acilico viene trasferito di nuovo al Coenzima A sul lato interno della membrana dalla carnitina pamitil trasferasi II (CPTII o Carnitina aciltransferasi II).

27 Trasporto dei gruppi acile attraverso la membrana mitocondriale

28 Fasi dell ossidazione degli acidi grassi

29 β-ossidazione degli acidi grassi Gli acidi grassi vengono degradati mediante la ripetizione di una sequenza di quattro reazioni: 1. Formazione di un doppio legame mediante ossidazione FAD dipendente 2. Idratazione del doppio legame per aggiungere un atomo di ossigeno 3. Ossidazione dell alcol a gruppo chetonico NAD + dipendente 4. L acido grasso viene scisso mediante tiolisi dal CoA per formare AcetilCoA e una catena di acido grasso di 2 atomi più corta

30 β-ossidazione degli acidi grassi La prima reazione di ciascun ciclo è l ossidazione dell acil CoA catalizzata dalla acil CoA deidrogenasi per formare un doppio legame tra il C2 ed il C3 utilizzando il FAD come accettore di elettroni. Gli elettroni provenienti dal gruppo prostetico FADH 2 dell acil CoA deidrogenasi vengono trasferiti a una seconda flavoproteina detta flavoproteina di trasferimento degli elettroni (ETF) che li trasferisce alla proteina ferro-zolfo ETF:ubichinone riduttasi che li convoglia attraverso la riduzione dell ubichinone ad ubichinolo alla catena di trasporto degli elettroni.

31 β-ossidazione degli acidi grassi La seconda reazione consiste nell idratazione del doppio legame tra il C2 ed il C3 catalizzata dalla enoil CoA idratasi. L idratazione è stereospecifica.

32 β-ossidazione degli acidi grassi La terza reazione consiste nell ossidazione che converte il gruppo ossidrilico in C3 in un gruppo chetonico. La reazione è catalizzata dalla L-3-idrossiacil CoA deidrogenasi NAD + dipendente.

33 β-ossidazione degli acidi grassi La quarta ed ultima reazione, catalizzata dalla β-chetotiolasi, consiste nella scissione del 3- chetoacil CoA ad opera del gruppo tiolico di una seconda molecola di CoA che produce una molecola di acetil CoA e una di acil CoA accorciata di due atomi di carbonio.

34 β-ossidazione degli acidi grassi

35 β-ossidazione degli acidi grassi L acil CoA accorciato subisce poi un altro ciclo di ossidazione a partire dalla reazione catalizzata dalla acil CoA deidrogenasi per cui le unità bicarboniose vengono rimosse sequenzialmente a partire dalla terminazione carbossilica dell acido grasso.

36 Il sito attivo dell acil-coa deidrogenasi specifica per una catena di media lunghezza Le acil CoA deidrogenasi possono essere specifiche per gli acidi grassi a catena lunga (C12-C18), media (C14-C4) e corta (C4-C6).

37 Primi tre cicli della degradazione del palmitato L ossidazione completa di una molecola di palmitato richiede 7 cicli di reazione durante i quali si formano 7 NADH, 7 FADH 2 e 8 Acetil CoA che vengono ossidati nel ciclo di Krebs.

38 Resa energetica per l ossidazione completa del palmitato Durante la fosforilazione ossidativa si producono 1.5 ATP per ogni FADH 2 e 2.5 per ogni NADH. Reazione Acil CoA deidrogenasi β-idrossiacil CoA deidrogenasi Isocitrato deidrogenasi α-chetoglutarato deidrogenasi Succinil CoA sintetasi Succinato deidrogenasi Malato deidrogenasi Totale Numero di NADH o FADH 2 Numero di ATP 7 FADH NADH 8 NADH 8 NADH 8 GTP 8 FADH 2 8 NADH L equivalente di 2 molecole di ATP viene consumato nell attivazione del palmitato (ATP scisso a AMP e 2 molecole di Pi), pertanto: L ossidazione completa di una molecola di palmitato produce 106 molecole di ATP

39 Gli orsi ossidano i loro grassi durante il letargo

40 β-ossidazione degli acidi grassi a numero dispari di atomi di C Con un acido grasso con numero pari di atomi di carbonio, durante l ultima tappa della β- ossidazione un acetoacetil CoA è scisso in 2 acetil CoA dalla tiolasi. La maggior parte dei lipidi presenti in natura contiene acidi grassi con un numero pari di atomi di carbonio. Gli acidi grassi a catena dispari sono presenti in quantità significative nei lipidi delle piante e in alcuni organismi marini. Il propionil CoA e l acetil CoA sono i prodotti finali della β-ossidazione quando viene ossidato un acido grasso a numero dispari di atomi di carbonio.

41 β-ossidazione degli acidi grassi a numero dispari di atomi di C Esiste una via enzimatica che converte il propionil CoA in succinil CoA che entra nel ciclo di Krebs. Il propionil CoA viene carbossilato dalla propionil CoA carbossilasi e subisce poi un riarrangiamento per formare succinil CoA. Poiché il propionil CoA è anche un prodotto del catabolismo degli amminoacidi tale processo ha un ruolo nel metabolismo degli amminoacidi.

42 β-ossidazione degli acidi grassi a numero dispari di atomi di C L ossidazione degli acidi grassi a catena dispari ha bisogno di altri tre enzimi: Una propionil CoA carbossilasi biotina-dipendente Una metilmalonil CoA racemasi Una metilmalonil CoA mutasi che richiede vitamina B12 (cobalammina) La metilmalonil CoA mutasi forma il succinil CoA mediante un riordinamento intramolecolare in cui il gruppo R può essere un gruppo amminico, ossidrilico o un carbonio sostituito.

43 Riarrangiamento catalizzato dalla metilmalonil-coa mutasi

44 Struttura del coenzima B12 Quella del coenzima B12 appartiene ad una classe di molecole variabili a seconda dei sostituenti (X). La 5 -deossiadenosilcobalammina è la forma presente nella metilmalonil CoA mutasi.

45 Formazione di un radicale 5 -deossiadenosilico La reazione della metilmalonil CoA mutasi comincia con la scissione omolitica del legame che unisce lo ione Co 3+ a un atomo di C del ribosio della porzione adenosinica dell enzima. La scissione genera un radicale 5 deossiadenosilico e determina la riduzione del Co 3+ a Co 2+. Il ruolo del coenzima B12 nelle migrazioni intramolecolari è quello di fungere da sorgente di radicali liberi per l estrazione di atomi di idrogeno. Una proprietà essenziale del coenzima è la debolezza del legame cobalto-carbonio, la cui facile scissione genera un radicale.

46 Formazione di succinil CoA mediante riarrangiamento Il radicale libero generato dal coenzima B12 estrae un atomo di idrogeno nel riarrangiamento del metilmalonil CoA a succinil CoA.

47 β-ossidazione degli acidi grassi monoinsaturi L ossidazione degli acidi grassi monoinsaturi richiede un altro enzima, l enoil CoA isomerasi, che modifica la posizione del doppio legame convertendo l isomero cis nell isomero trans, l intermedio normale della β ossidazione. Il doppio legame cis tra il C3 ed il C4 viene convertito il un doppio legame trans tra il C2 e C3, substrato ordinario della enoil CoA idratasi che prosegue nella β-ossidazione. L ossidazione degli acidi grassi poliinsaturi richiede oltre all enoil-coa isomerasi, un secondo enzima ausiliario la 2,4-dienol-CoA reduttasi NADPH dipendente.

48 β-ossidazione degli acidi grassi poliinsaturi Questi due enzimi convertono il 2,4-dienoil CoA in trans- 3-enoil CoA, che prosegue nella β ossidazione.

49 β-ossidazione degli acidi grassi poliinsaturi Queste strategie catalitiche sono eleganti ed economiche. Per l ossidazione di qualsiasi acido grasso polinsaturo sono sufficienti solo enzimi addizionali. I doppi legami in posizione dispari sono convertiti dall isomerasi. I doppi legami in posizione pari dalla riduttasi e dall isomerasi.

50 β-ossidazione perossisomiale Gli acidi grassi a lunga catena carboniosa sono ossidati anche nei perossisomi, piccoli organelli cellulari dotati di membrana presenti nelle cellule eucariotiche. L ossidazione perossisomiale differisce da quella mitocondriale a livello della reazione di deidrogenazione.

51 β-ossidazione perossisomiale Nei perossisomi l acil CoA deidrogenasi trasferisce gli elettroni dal FADH 2 all O 2 formando H 2 O 2 mentre nella βossidazione mitocondriale gli elettroni catturati dal FADH2 sono utilizzati nella catena di trasporto degli elettroni.

52 β-ossidazione perossisomiale

53 I corpi chetonici Concetti chiave: Nel fegato l acetil-coa può essere convertito reversibilmente a corpi chetonici che saranno utilizzati come fonte di energia dagli altri tessuti.

54 I corpi chetonici L acetil CoA che si forma nella β-ossidazione degli acidi grassi entra nel ciclo di Krebs solo se la degradazione dei grassi e quella dei carboidrati sono bilanciate. Il destino dell acetil-coa dipende dalla disponibilità di ossalacetato per formare citrato (prima reazione del ciclo dell acido citrico). ossalacetato Acetil CoA Ossalacetato (digiuno, diabete: l ossalacetato viene utilizzato per sintetizzare glucosio) Ciclo dell acido citrico Formazione di corpi chetonici

55 I corpi chetonici I corpi chetonici si formano principalmente nel fegato.

56 Formazione dei corpi chetonici dall acetil-coa L acetoacetato si forma a partire dal CoA in tre tappe: 1. Condensazione di due molecole di acetil CoA 2. Reazione con una seconda molecola di acetil CoA e H 2 O 3. Scissione in acetoacetato e acetil CoA

57 β-idrossibutirrato Il D-β-idrossibutirrato si forma per riduzione dell acetoacetato in una reazione NADH dipendente catalizzata dalla β-idrossibutirrato deidrogenasi.

58 Acetone L acetoacetato, essendo un β-chetoacido, subisce una decarbossilazione spontanea lenta ad acetone (può avvenire anche ad opera di una acetoacetato decarbossilasi).

59 Corpi chetonici come combustibile Durante il digiuno o in condizioni di diabete non trattato il fegato converte gli acidi grassi in corpi chetonici che fungono da combustibile per gli altri organi. L acetoacetato può essere considerato una forma solubile e trasportabile di unità acetile. L acetoacetato e il D-βidrossibutirrato sono trasportati dal sangue ai tessuti extraepatici dove sono ossidati nel ciclo dell acido citrico.

60 β-idrossibutirrato e acetoacetato come fonte di energia L acetoacetato e il 3-idrossibutirrato sono combustibili normali della respirazione e sono quantitativamente importanti come fonte energetica. Il muscolo cardiaco e la corteccia renale impiegano di preferenza l acetoacetato anziché il glucosio. Il glucosio, invece, è il principale combustibile del cervello e degli eritrociti negli individui ben nutriti che assumono una dieta bilanciata. Il cervello si adatta all utilizzo di acetoacetato durante il digiuno e nello stato diabetico.

61 β-idrossibutirrato e acetoacetato come fonte di energia L acetoacetato viene convertito in acetil CoA in due tappe: L acetoacetato viene attivato tramite una reazione di trasferimento del CoA dal succinil CoA Nella seconda l acetoacetil CoA viene scisso da una tiolasi per dare due molecole di acetil CoA

62 β-idrossibutirrato e acetoacetato come fonte di energia Il D-β-idrossibutirrato richiede un passaggio addizionale ovvero una ossidazione NAD + dipentente ad acetoacetato. Il NADH prodotto entra poi nella fosforilazione ossidativa.

63 Chetosi diabetica In assenza di insulina i grassi vengono rilasciati dal tessuto adiposo e il glucosio non può essere captato dal fegato o dal tessuto adiposo. Il fegato degrada i grassi attraverso la β-ossidazione, ma non può metabolizzare l acetil CoA prodotto perché i livelli di ossalacetato, metabolita che deriva dal glucosio, sono bassi. Si produce così un eccesso di corpi chetonici che vengono rilasciati nel sangue.

64 La biosintesi degli acidi grassi Concetti chiave: Il sistema di trasporto degli acidi tricarbossilici trasferisce acetil-coa nel citosol per la sintesi degli acidi grassi. La sintesi degli acidi grassi inizia con la carbossilazione dell acetil-coa che genera malonil- CoA. L acido grasso sintasi catalizza sette reazioni e allunga un acido grasso di due atomi di carbonio alla volta.

65 La biosintesi degli acidi grassi

66 La biosintesi degli acidi grassi Gli acidi grassi sono sintetizzati e degradati attraverso vie distinte: La sintesi degli acidi grassi avviene nel citosol, la degradazione nella matrice mitocondriale Gli intermedi della sintesi sono legati covalentemente ai gruppi sulfidrilici di una proteina trasportatrice di acili (ACP), mentre gli intermedi della degradazione sono legati al coenzima A La molecola attivata che cede unità bicarboniose nel processo di allungamento è il malonil- ACP al posto dell acetil CoA. La reazione di allungamento nella sintesi è favorita dal rilascio di CO 2. L agente riducente nella sintesi degli acidi grassi è il NADPH mentre nella via degradativa gli ossidanti sono il NAD + e il FAD Negli organismi superiori gli enzimi della sintesi degli acidi grassi sono uniti in una unica catena polipeptidica detta acido grasso sintasi L allungamento della catena ad opera della acido grasso sintasi si ferma alla formazione di palmitato (C16). Ulteriori allungamenti e l inserzione di doppi legami sono effettuati da altri sistemi enzimatici

67 Acetil-CoA carbossilasi La formazione di malonil CoA è la tappa di comando nella sintesi degli acidi grassi. La biosintesi degli acidi grassi inizia nel citosol con la formazione di malonil CoA catalizzata dalla acetil CoA carbossilasi, che contiene biotina. Come nel caso degli altri enzimi che contengono biotina (es. piruvato carbossilasi) si forma un intermedio carbossibiotina a spese di ATP. Il gruppo CO 2 attivato viene poi trasferito per formare malonil CoA.

68 Proteina trasportatrice di acili Gli intermedi della sintesi degli acidi grassi sono legati ad una proteina trasportatrice di acili (ACP). Il legame avviene al terminale sulfidrilico di una fosfopanteteina, lo stesso gruppo presente nel coenzima A.

69 Proteina trasportatrice di acili Sia la proteina trasportatrice di acili (ACP) che il coenzima A contengono fosfopanteteina.

70 La biosintesi degli acidi grassi La biosintesi degli acidi grassi comincia con la formazione di acetil ACP e malonil ACP ad opera degli enzimi acetil e malonil transacilasi, rispettivamente. 1. L acetil ACP e il malonil ACP reagiscono per formare acetoacetil ACP. Nella reazione viene rilasciata CO 2 Gruppo malonile Acetoacetil ACP Gruppo acetile Condensazione Acido grasso sintasi

71 La biosintesi degli acidi grassi 2. Riduzione del dell acetoacetil ACP a D-3-idrossibutirril ACP ad opera della β-chetoacil ACP riduttasi. L agente riducente è il NADPH. Acetoacetil ACP D-3-idrossibutirril ACP Riduzione

72 La biosintesi degli acidi grassi 3. Il D-3-idrossibutirril ACP viene deidratato formando il crotonil ACP ad opera della 3-idrossiacil ACP deidratasi. D-3-idrossibutirril ACP Crotonil ACP Deidratazione

73 La biosintesi degli acidi grassi 4. Il crotonil ACP viene ridotto a butirril ACP ad opera della enoil ACP riduttasi. L agente riducente è di nuovo il NADPH. Riduzione

74 Biosintesi del palmitato I cicli di allungamento si susseguono fino alla formazione di C16-acil-ACP, che non è più substrato dell enzima condensante, ma viene idrolizzato a palmitato e ACP. Quattro cicli

75 La biosintesi degli acidi grassi Il complesso dell acido grasso sintasi è mostrato in modo schematico sottoforma di un disco. Ogni segmento del disco rappresenta una delle sei attività enzimatiche del complesso. Al centro del disco si trova la proteina che trasporta gli acili (ACP), con il braccio fosfopanteteinico. Enzimi AT: acetil-coa-acp transacetilasi KS: β-chetoacil-acp sitasi MT: malonil-coa-acp transferasi KR: β-chetoacil-acp reduttasi HD: β-idrossiacil-acp deidratasi ER: enoil-acp reduttasi

76 La biosintesi degli acidi grassi Il gruppo acetilico dell acetil CoA viene trasferito al gruppo -SH di un residuo di cisteina della β-chetoacil sintasi (KS) Enzima: acetil-coa-acp transacetilasi Il gruppo malonile viene trasferito dal malonil CoA al gruppo -SH dell ACP Enzima: malonil-coa-acp transferasi

77 La biosintesi degli acidi grassi 1. Condensazione Enzima: β-chetoacil-acp sitasi (KS) 2. Riduzione Enzima: β-chetoacil-acp reduttasi (KR)

78 La biosintesi degli acidi grassi 3. Deidratazione Enzima: β-idrossiacil-acp deidratasi (HD) 4. Riduzione del doppio legame Enzima: enoil-acp reduttasi (ER)

79 La biosintesi degli acidi grassi La tappa successiva prevede la traslocazione del gruppo butirrilico sulla Cys della β-chetoacil-acp sintasi (KS). L enzima è nuovamente l acetil-coa-acp transacetilasi (AT) che può trasferire gruppi acile diversi dal gruppo acetile.

80 II ciclo delle reazioni del complesso dell acido grasso sintasi

81 Struttura delle varie acido grasso sintasi L acido grasso sintasi dei batteri e delle piante è un complesso formato da 7 polipeptidi diversi Nel lievito le sette attività sono riunite in 2 polipeptidi Nei vertebrati tutte le attività sono su di una sola catena polipeptidica

82 L acido grasso sintasi animale La proteina funzionale è un dimero. Ciascuna catena identica nel dimero contiene tre domini: Il dominio 1 contiene la acetil transferasi (AT), la malonil transferasi (MT) e l enzima condensante (CE). Il dominio 2 contiene la proteina trasportatrice di acili (ACP), la β- chetoacil riduttasi (KR), la deidratasi (DH) e la enoil reduttasi (ER). Il dominio 3 contiene la tioesterasi (TE) Il gruppo flessibile di fosfopanteteina trasporta la catena di acido grasso da un sito catalitico su una catena all altro, nonché tra le catene nel dimero.

83 Struttura dell acido grasso sintasi

84 Stechiometria della sintesi del palmitato Stechiometria della sintesi del palmitato: Acetil CoA + 7 malonil CoA + 14 NADPH + 20 H + palmitato + 7 CO NADP CoA + 6 H 2 O Equazione per la sintesi del malonil CoA: 7 Acetil CoA + 7 CO ATP 7 malonil CoA + 7 ADP + 7 Pi + 14 H + stechiometria complessiva 8 Acetil CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 6 H + palmitato + 14 NADP CoA + 6 H 2 O + 7 ADP + 7 P i

85 Confronto tra b-ossidazione e biosintesi degli acidi grassi

86 Trasporto di acetili per la sintesi di acidi grassi Il citrato trasporta dai mitocondri al citosol i gruppi acetile che vengono usati per la sintesi degli acidi grassi. Per ogni acetil CoA trasferito dai mitocondri al citosol viene prodotta una molecola di NADPH per cui il potenziale di riduzione del NADH viene convertito in quello del NADPH.

87 Fonti di NADPH per la sintesi di acidi grassi L ossalacetato utilizzato per il trasferimento dei gruppi acetile viene restituito ai mitocondri. Poiché la membrana mitocondriale interna è impermeabile all ossalacetato, mediante una serie di reazioni, si forma piruvato che può rientrare nel mitocondrio. Durante tali reazioni viene generata una molecola di NADPH per ogni acetil CoA che viene trasferito dai mitocondri al citosol. Il NADPH è generato dall enzima malico e nella via del pentoso fosfato. 8 NADPH per gli 8 acetil CoA trasferiti per la sintesi del palmitato

88 Cooperazione di vie metaboliche nella sintesi di acidi grassi La sintesi degli acidi grassi comporta la cooperazione di diverse vie metaboliche localizzate in diversi compartimenti cellulari. Il ciclo di Krebs, la compartimentazione e la via del pentosio fosfato forniscono gli atomi di carbonio e il potere riducente. La glicolisi e la fosforilazione ossidativa l ATP per soddisfare le esigenze per la sintesi degli acidi grassi.

89 Schema riassuntivo del metabolismo lipidico

90 Allungamento ed insaturazione degli acidi grassi Il principale prodotto della sintesi degli acidi grassi è il palmitato. Negli eucarioti gli acidi grassi più lunghi vengono formati da reazioni di allungamento catalizzate da enzimi sulla faccia citosolica del reticolo endoplasmatico. Queste reazioni addizionano sequenzialmente unità bicarboniose del malonil CoA alle estremità carbossiliche dei substrati acil CoA sia saturi che insaturi.

91 Allungamento ed insaturazione degli acidi grassi I sistemi enzimatici del reticolo endoplasmatico hanno anche la funzione di introdurre doppi legami negli acil CoA a catena lunga ad opera di tre enzimi legati alla membrana che operano il trasferimento di elettroni che operano la desaturazione degli acidi grassi.

92 Ormoni eicosanoidi L arachidonato, un acido grasso 20:4 derivato dal linoleato, è il principale precursore degli ormoni eicosanoidi (dal greco eikosi, venti), molecole segnale coinvolte in svariate funzioni tra cui stimolano l infiammazione, regolano l irrorazione sanguigna. Acido acetilsalicilico

93 La regolazione del metabolismo degli acidi grassi Concetti chiave: L ossidazione e la sintesi degli acidi grassi sono regolate dagli ormoni e da fattori cellulari.

94 Regolazione del metabolismo degli acidi grassi La sintesi e la degradazione degli acidi grassi sono reciprocamente regolate in modo che non possano essere attivate simultaneamente. L acetil CoA carbossilasi svolge un ruolo chiave nella regolazione del metabolismo degli acidi grassi che viene inibita per fosforilazione dalla chinasi AMP-dipendente (AMPK) ed attivata per defosforilazione. L AMPK è un sensore dell energia attivato dall AMP e inibita dall ATP. Se il livelli di energia sono bassi la cabossilasi si inattiva ed i grassi non vengono sintetizzati quando vi è richiesta energetica.

95 Regolazione del metabolismo degli acidi grassi La carbossilasi è anche attivata allostericamente dal citrato che promuove la polimerizzazione dei dimeri inattivi formando dei filamenti attivi. La polimerizzazione rimuove inoltre parzialmente l inibizione per fosforilazione.

96 Regolazione del metabolismo degli acidi grassi Se i livelli di citrato sono alti, acetil CoA e ATP sono abbondanti ovvero vi sono precursori ed energia sufficienti per la sintesi degli acidi grassi. Al contrario, il palmitato, che abbonda quando vi è un eccesso di sintesi, provoca la disgregazione dei filamenti di carbossilasi. Il malonil CoA blocca inoltre l ingresso degli acil CoA nei mitocondri.

97 Regolazione del metabolismo degli acidi grassi L attività carbossilasica è inoltre controllata a livello ormonale essendo stimolata dall insulina ed inibita dal glucagone e dall adrenalina, ormoni che riflettono lo stato energetico dell organismo.

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