Metabolismo dei grassi

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1 Prof. Giorgio Sartor Metabolismo dei grassi Copyright by Giorgio Sartor. All rights reserved. B12 - Versione 2.0 Mar-19 1 Lipidi Semplici Sono molecole che non contengono legami esterei o amidici Acidi grassi Colesterolo Complessi Sono derivati di acidi grassi variamente esterificati o amidati. Glicerofosfolipidi e sfingosidi Trigliceridi B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

2 Metabolismo dei grassi 1. Demolizione dei trigliceridi 2. Catabolismo degli acidi grassi 3. Biosintesi degli acidi grassi e colesterolo dei lipidi complessi 4. Trasporto dei lipidi 3 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi I grassi (esteri del glicerolo) C1 C2 C Trigliceridi (TAG) Fosfolipidi Lisofosfolipidi B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi - 4-2

3 I grassi (esteri della sfingosina) Sfingosina Ceramidi Sfingomielina 5 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Metabolismo dei grassi 1. Demolizione dei trigliceridi 2. Catabolismo degli acidi grassi 3. Biosintesi degli acidi grassi e colesterolo dei lipidi complessi 4. Trasporto dei lipidi 6 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi - 6-3

4 Metabolismo dei grassi I grassi sono fra le principali fonti di energia metabolica Energia (kj mole -1 ) g/70kg Energia (kj) Grassi Proteine Glicogeno (fegato) Glicogeno (muscolo) Glucosio B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Digestione dei grassi C1 C2 C3 A livello intestinale i grassi (triacilgliceroli, TAG) sono idrolizzati in C1 e C3 da lipasi pancreatiche mentre i C2 sono idrolizzati da lipasi intestinali 8 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi - 8-4

5 9 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Lipasi Catalizza l idrolisi dei triacilgliceroli in posizione 1 e 3 formando 1,2-diacilgliceroli, 2-acilglicerolo e quindi glicerolo C1 C2 C3 H 2 H 2 H 2 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

6 Lipolisi: meccanismo generale H + B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi H 2 rmone (Adrenalina o glucagone) Triacilglicerolo lipasi EC G α -GTP Adenilato ciclasi (inattiva) Adenilato ciclasi (attiva) ATP Proteina chinasi A (inattiva) Fosforilasi chinasi (b-inattiva) Pi AMP camp + PPi Fosfodiesterasi Proteina chinasi A (attiva) ATP ADP Fosforilasi chinasi (a-attiva) Fosfatasi ATP Triacilglicerolo lipasi (b-inattiva) Pi P P ADPTriacilglicerolo lipasi (a-attiva) Fosfatasi B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

7 rmone (Adrenalina o glucagone) Triacilglicerolo lipasi EC Insulina G α -GTP Adenilato ciclasi (inattiva) Adenilato ciclasi (attiva) ATP Proteina chinasi A (inattiva) Forma a attiva ed indipendente da effettori allosterici Forma b meno attiva e dipendente da fattori allosterici Fosforilasi chinasi (b-inattiva) Pi AMP camp + PPi Fosfodiesterasi Proteina chinasi A (attiva) ATP Fosfatasi ADP Fosforilasi chinasi (a-attiva) ATP Triacilglicerolo lipasi (b-inattiva) Pi P Fosfatasi P ADPTriacilglicerolo lipasi (a-attiva) B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Triacilglicerolo lipasi EC Triacilglicerolo lipasi da Pseudomonas Aeruginosa complessata con un omologo di un trigliceride. Possiede un dominio legante Ca ++ B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

8 Detergenti L accessibilità dei legami esterei dei TAG è favorita dalla presenza di sali di acili biliari che funzionano come emulsionanti: Acido colico (colato) Acido taurocolico Acido glicocolico B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Fosfolipasi PLD PLC PLA 2 PLA 1 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

9 MECCANISM FSFLIPASI DESTIN DEI PRDTTI B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Fosfolipasi Fosfolipasi A 1 EC Fosfolipasi A 2 EC Fosfolipasi C EC Fosfolipasi D EC Lipasi EC B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

10 Fosfolipasi A 1 (EC ) B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi ASP Fosfolipasi A 1 Ca ++ HIS B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi QD6 10

11 Meccanismo (diade catalitica) His48 Asp99 His48 His48 Asp99 Asp99 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Fosfolipasi A 2 (EC EC ) B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

12 Fosfolipasi A 2 Il lisofosfolipide è un detergente potentissimo, La fosfolipasi A 2 è contenuta nel veleno di serpenti (cobra), insetti (api), probabilmente anche in invertebrati marini (spugne), l effetto è quello di lisare i globuli rossi attraverso l effetto della lisofosfatidilcolina Nei mammiferi è secreta dal pancreas e una piccola quantità di lecitina viene secreta dal fegato, e quindi idrolizzata, per aiutare la solubilizzazione dei grassi. B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Fosfolipasi A 2 Esistono almeno due famiglie di PLA 2 : spla 2 : secreta, che permette l idrolisi dei fosfolipidi all interfaccia, e possiede un dominio che si lega alla membrana (veleno delle api) cpla 2 : citosolica, che viene utilizzata per la produzione di acidi grassi (arachidonato), inositolo fosfato come messaggeri intracellulari. B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

13 Fosfolipasi A 2 (EC ) 1S8G B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

14 Diade catalitica Ca ++ ASP99 HIS48 1FXF B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

15 Ipotetico modo d azione di Fosfolipasi A 2 su di una micella di fosfolipidi B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi FABS B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

16 FABS B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Destino dei prodotti Glicerolo Convertito in diidrossiacetonfosfato entra nella glicolisi La conversione è catalizzata da: Glicerolo fosfato Diidrossiacetone chinasi Acidi grassi ssidazione Principalmente β-ossidazione Produzione Acetil-, NADH, FADH 2 ppure ω-ossidazione Processo aspecifico che porta alla produzione di composti idrosolubili più facili da eliminare. B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

17 Glicerolo L ossidazione del glicerolo a diidrossiacetone è catalizzata dalla glicerolo fosfato (EC ) NAD + 1JQ5 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Glicerolo ATP ADP La fosforilazione del diidrossiacetone è catalizzata dalla diidrossiacetone chinasi (EC ). Il diidrossiacetonfosfato così formatosi è convogliato nella glicolisi 1UE Diidrossiacetone mologo ATP Mg B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

18 Glicerolo ATP ADP La fosforilazione del diidrossiacetone è catalizzata dalla diidrossiacetone chinasi (EC ). Il diidrossiacetonfosfato così formatosi è convogliato nella glicolisi 1UE Diidrossiacetone mologo ATP Mg ++ B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Lipidi Semplici Sono molecole che non contengono legami esterei o amidici Acidi grassi Colesterolo Complessi Sono derivati di acidi grassi variamente esterificati o amidati. Glicerofosfolipidi e sfingosidi Trigliceridi B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

19 Metabolismo dei grassi 1. Demolizione dei trigliceridi 2. Catabolismo degli acidi grassi 3. Biosintesi degli acidi grassi e colesterolo dei lipidi complessi 4. Trasporto dei lipidi B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi β-ossidazione degli acidi grassi 38 19

20 Acidi grassi Acidi grassi saturi Acido stearico (C 18 ) Acidi grassi insaturi Acidi grassi polinsaturi Acido oleico (C 18 9 ) C18:1ω Acido linoleico (C 18 9,12 ) C18:2ω6 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi β-ossidazione acidi grassi Una volta che i TGA sono idrolizzati ad acidi grassi questi ultimi vengono demoliti fondamentalmente attraverso l ossidazione, Il principale meccanismo è quello della β-ossidazione che distacca unità bicarboniose, sottoforma di Acetil-, rompendo il legame tra il Cα e il Cβ, a b a b B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

21 β-ossidazione acidi grassi A seconda del numero (n) di atomi di carbonio dell acido grasso di producono n/2 molecole di Acetil-. La reazione avviene nella matrice mitocondriale. Gli acidi grassi vengo attivati attraverso la formazione di un Acil-. L Acil- viene trasportato all interno della membrana interna mitocondriale attraverso il sistema carnitina/acilcarnitina. B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Attivazione degli acidi grassi L attivazione degli acidi grassi porta alla formazione di Acil- Coa Avviene nel citoplasma ad opera di una l acil- sintetasi (EC ). Il processo è endoergonico ( G = 31.4 kj mole -1 ) Viene reso spontaneo dalla razione di idrolisi di una molecola di ATP a AMP e PPi, il quale fornisce un surplus di energia convertendosi a 2Pi attraverso una pirofosfatasi, per un totale di kj mole -1 di ATP impiegato. G = kj mol -1 G = kj mol -1 DG = kj mol -1 2Pi 1V25 1V26 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

22 Formazione di Acil- Il meccanismo di reazione prevede la formazione di un derivato intermedio aciladenosina, legato all enzima, che subisce l attacco nucleofilo da parte dell atomo di zolfo del -SH. ATP Acido grasso PPi 2 Aciladenosina Pi Acil- AMP Intermedio tetraedrico B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Trasporto Il trasporto degli acil nell interno degli organelli subcellulari, dove avviene l ossidazione degli acidi grassi, sfrutta il sistema carnitina/acilcarnitina. B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

23 Carnitina Il sistema carnitina/acilcarnitina è stato scoperto la prima volta nei mitocondri. Esso contiene carnitina acetiltransferasi (CAT), legata strettamente alla faccia interna della membrana interna mitocondriale e quattro isoenzimi carnitina palmitoil transferasi (CPT, CPT-IA nel fegato, CPT-IB nel muscolo e altre cellule, CPT-IC nel cervello e CPT-II). Gli enzimi CPT-I sono localizzati nella membrana esterna mitocondriale con le loro porzioni catalitica e regolatoria (inibita da malonil) che si affacciano verso il lato citoplasmatico mentre CPT II è localizzata come la CAT. Tale varietà isoenzimatica è legata alla diversa affinità per i diversi gruppi acilici: CAT: C2-C10, CPTI: C6-C20 CPTII: C6-C18 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Carnitina Anche i perossisomi contengono una CAT, la carnitina octiltransferasi (CRT) che ha un affinità maggiore per C4-C16, è inibita da malonil ed un altra acilcarnitina transferasi solubile non inibita da malonil. Anche altre membrane (reticolo endoplasmatico, sarcoplasmatico, membrana nucleare e membrana plasmatica) contengono carnitina aciltransferasi. B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

24 Trasporto nei mitocondri Il trasporto di Acil-Coa attraverso la membrana interna mitocondriale viene quindi mediato dalla carnitina attraverso tre sistemi enzimatici: A.Carnitina aciltransferasi I, nel lato citoplasmatico, CAT, CPT-IA nel fegato, CPT-IB nel muscolo e altre cellule, CPT-IC nel cervello. B.Carnitina acilcarnitina traslocasi (CACT), nella membrana e C.Carnitina aciltransferasi II, nel lato della matrice mitocondriale. CPT-II Carnitina Carnitina Acil- Citoplasma CPTI -acilcarnitina -SH Spazio intermembrana CACT CPTII Matrice Acil- -acilcarnitina + -SH + Carnitina B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Trasporto nei mitocondri Carnitina Acil- -acetilcarnitina Citoplasma CPTI Carnitina -acetilcarnitina Carnitina -acilcarnitina -SH Spazio intermembrana CACT CACT Matrice CPTII β-ossidazione CAT -acilcarnitina + -SH Acil- + Carnitina Acetil- + Carnitina -acetilcarnitina + -SH Carnitina B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

25 Trasporto nei perossisomi Nei perossisomi il trasporto di Acil-Coa attraverso la membrana viene mediato dalla carnitina attraverso: A. Carnitina aciltransferasi I, nel lato citoplasmatico, CRT e solubile. B. Carnitina acilcarnitina traslocasi, nella membrana e C. Carnitina aciltransferasi II, all interno. CPT-II Carnitina + Acil- CPT solubile CRT Interno del perossisoma -SH + -acilcarnitina CACT Carnitina + Acil- CPTII Citoplasma -SH + -acilcarnitina B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Carnitina aciltransferasi EC Carnitina Acil transferasi I (lato matrice) Carnitina Acil transferasi II (lato citoplasma) B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

26 Carnitina aciltransferasi EC Carnitina B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Carnitina aciltransferasi EC Carnitina B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

27 Carnitina aciltransferasi EC B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Carnitina aciltransferasi EC Carnitina B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

28 Carnitina aciltransferasi EC Carnitina B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi β-ossidazione acidi grassi La strategia della β-ossidazione consiste nel generare un nuovo carbonile in β a seguito della rotture del legame tra Cα e Cβ. Tale sequenza di reazioni produce: Un Acetil- Un Acil- più corto di due unità carboniose. Un FADH 2 Un NADH La reazione procede ciclicamente fino a quando l acil- è ridotto a due unità (Acetil-) o tre unità (Propionil-) carboniose. Acetil- S 3-Chetotiolasi EC SH S NADH + H + L-3-idrossiacil- CH 3 NAD + Acil- (C n ) FAD Acil- S CH 3 EC EC EC S CH 3 β-chetoacil- S CH 3 Acil- (C n-2 ) H L-β-idrossiacil- S trans- 2 -enoil- CH 3 H H FADH 2 H 2 CH 3 Enoil- idratasi EC B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

29 β-ossidazione acidi grassi La strategia della β-ossidazione consiste nel generare un nuovo carbonile in β a seguito della rotture del legame tra Cα e Cβ. Tale sequenza di reazioni produce: Un Acetil- Un Acil- più corto di due unità carboniose. Un FADH 2 Un NADH La reazione procede ciclicamente fino a quando l acil- è ridotto a due unità (Acetil-) o tre unità (Propionil-) carboniose. Acetil- 3-Chetotiolasi EC SH NADH + H + L-3-idrossiacil- NAD + b-chetoacil- Acil- (C n ) Acil- (C n-2 ) FAD Acil- EC EC EC trans-d 2 -enoil- FADH 2 H 2 Enoil- idratasi EC L-b-idrossiacil- B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi β-ossidazione acidi grassi La strategia della β-ossidazione consiste nel generare un nuovo carbonile in β a seguito della rotture del legame tra Cα e Cβ. Tale sequenza di reazioni produce: Un Acetil- Un Acil- più corto di due unità carboniose. Un FADH 2 Un NADH La reazione procede ciclicamente fino a quando l acil- è ridotto a due unità (Acetil-) o tre unità (Propionil-) carboniose. Acetil- 3-Chetotiolasi EC SH NADH + H + L-3-idrossiacil- NAD + b-chetoacil- Acil- (C n ) Acil- (C n-2 ) L-b-idrossiacil- FAD Acil- EC EC EC trans-d 2 -enoil- FADH 2 H 2 Enoil- idratasi EC B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

30 β-ossidazione acidi grassi La strategia della β-ossidazione consiste nel generare un nuovo carbonile in β a seguito della rotture del legame tra Cα e Cβ. Tale sequenza di reazioni produce: Un Acetil- Un Acil- più corto di due unità carboniose. Un FADH 2 Un NADH La reazione procede ciclicamente fino a quando l acil- è ridotto a due unità (Acetil-) o tre unità (Propionil-) carboniose. Acetil- 3-Chetotiolasi EC SH NADH + H + L-3-idrossiacil- NAD + b-chetoacil- Acil- (C n ) Acil- (C n-2 ) FAD Acil- EC EC EC trans-d 2 -enoil- FADH 2 H 2 Enoil- idratasi EC L-b-idrossiacil- B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi β-ossidazione acidi grassi La strategia della β-ossidazione consiste nel generare un nuovo carbonile in β a seguito della rotture del legame tra Cα e Cβ. Tale sequenza di reazioni produce: Un Acetil- Un Acil- più corto di due unità carboniose. Un FADH 2 Un NADH La reazione procede ciclicamente fino a quando l acil- è ridotto a due unità (Acetil-) o tre unità (Propionil-) carboniose. Acetil- 3-Chetotiolasi EC SH NADH + H + L-3-idrossiacil- NAD + b-chetoacil- Acil- (C n ) Acil- (C n-2 ) FAD Acil- EC EC EC trans-d 2 -enoil- FADH 2 H 2 Enoil- idratasi EC L-b-idrossiacil- B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

31 β-ossidazione acidi grassi La strategia della β-ossidazione consiste nel generare un nuovo carbonile in β a seguito della rotture del legame tra Cα e Cβ. Tale sequenza di reazioni produce: Un Acetil- Un Acil- più corto di due unità carboniose. Un FADH 2 Un NADH La reazione procede ciclicamente fino a quando l acil- è ridotto a due unità (Acetil-) o tre unità (Propionil-) carboniose. Acetil- 3-Chetotiolasi EC SH NADH + H + L-3-idrossiacil- NAD + b-chetoacil- Acil- (C n ) Acil- (C n-2 ) FAD Acil- EC EC EC trans-d 2 -enoil- FADH 2 H 2 Enoil- idratasi EC L-b-idrossiacil- B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Destino dei prodotti I prodotti della β-ossidazione: Acetil- e corpi chetonici: entrano nel ciclo di Krebs per produrre equivalenti riducenti (NADH e FADH 2 ) che alimentano la fosforilazione ossidativa per la produzione di ATP. Un Acil- più corto di due unità carboniose: rientra nel ciclo successivo di β- ossidazione. FADH 2 e NADH che alimentano la fosforilazione ossidativa per la produzione di ATP. B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

32 β-ossidazione acidi grassi In tutto quattro attività enzimatiche catalizzano il processo ciclico: Una converte il legame CαCβ a doppio legame (ossidazione), Una idratasi addiziona acqua in trans per formare un enolo Un altra ossida il gruppo H a carbonile ed infine Una tiolasi permette la rottura del legame CαCβ per formare Acetil- e Acil- più corto di due unità. Acetil- 3-Chetotiolasi EC SH NADH + H + L-3-idrossiacil- NAD + β-chetoacil- Acil- (C n ) Acil- (C n-2 ) L-β-idrossiacil- FAD Acil- EC EC EC trans- 2 -enoil- FADH 2 H 2 Enoil- idratasi EC B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi β-ossidazione acidi grassi In tutto quattro attività enzimatiche catalizzano il processo ciclico: Una converte il legame CaCb a doppio legame (ossidazione), Una idratasi addiziona acqua in trans per formare un enolo Un altra ossida il gruppo H a carbonile ed infine Una tiolasi permette la rottura del legame CαCβ per formare Acetil- e Acil- più corto di due unità. Acetil- 3-Chetotiolasi EC SH NADH + H + L-3-idrossiacil- NAD + b-chetoacil- Acil- (C n ) Acil- (C n-2 ) L-b-idrossiacil- FAD Acil- EC EC EC trans-d 2 -enoil- FADH 2 H 2 Enoil- idratasi EC B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

33 β-ossidazione acidi grassi In tutto quattro attività enzimatiche catalizzano il processo ciclico: Una converte il legame CαCβ a doppio legame (ossidazione), Una idratasi addiziona acqua in trans per formare un enolo Un altra ossida il gruppo H a carbonile ed infine Una tiolasi permette la rottura del legame CαCβ per formare Acetil- e Acil- più corto di due unità. Acetil- 3-Chetotiolasi EC SH NADH + H + L-3-idrossiacil- NAD + β-chetoacil- Acil- (C n ) Acil- (C n-2 ) L-β-idrossiacil- FAD Acil- EC EC EC trans- 2 -enoil- FADH 2 H 2 Enoil- idratasi EC B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi β-ossidazione acidi grassi In tutto quattro attività enzimatiche catalizzano il processo ciclico: Una converte il legame CαCβ a doppio legame (ossidazione), Una idratasi addiziona acqua in trans per formare un enolo Un altra deidorgenasi ossida il gruppo H a carbonile ed infine Una tiolasi permette la rottura del legame CαCβ per formare Acetil- e Acil- più corto di due unità. Acetil- 3-Chetotiolasi EC SH NADH + H + L-3-idrossiacil- NAD + β-chetoacil- Acil- (C n ) Acil- (C n-2 ) L-β-idrossiacil- FAD Acil- EC EC EC trans- 2 -enoil- FADH 2 H 2 Enoil- idratasi EC B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

34 β-ossidazione acidi grassi In tutto quattro attività enzimatiche catalizzano il processo ciclico: Una converte il legame CαCβ a doppio legame (ossidazione), Una idratasi addiziona acqua in trans per formare un enolo Un altra deidorgenasi ossida il gruppo H a carbonile ed infine Una tiolasi permette la rottura del legame CαCβ per formare Acetil- e Acil- più corto di due unità. Acetil- 3-Chetotiolasi EC FAD Acil- EC EC EC FADH 2 Acil- (C -SH E il ciclo si n-2 ) ripete NADH + H + L-3-idrossiacil- NAD + β-chetoacil- Acil- (C n ) L-β-idrossiacil- trans- 2 -enoil- H 2 Enoil- idratasi EC B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi β-ossidazione acidi grassi In tutto quattro attività enzimatiche catalizzano il processo ciclico: Una converte il legame CαCβ a doppio legame (ossidazione), Una idratasi addiziona acqua in trans per formare un enolo Un altra ossida il gruppo H a carbonile ed infine Una tiolasi permette la rottura del legame CαCβ per formare Acetil- e Acil- più corto di due unità. Acetil- 3-Chetotiolasi EC SH NADH + H + L-3-idrossiacil- NAD + β-chetoacil- Acil- (C n ) Acil- (C n-2 ) L-β-idrossiacil- FAD Acil- EC EC EC trans- 2 -enoil- FADH 2 H 2 Enoil- idratasi EC B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

35 Acil- EC EC EC Acetil- Tre enzimi solubili nella matrice mitocondriale con diversa specificità per acidi grassi con catena idrofobica di diversa 3-Chetotiolasi EC NADH + H + L-3-idrossiacil- NAD + β-chetoacil- Acil- (C n ) Acil- (C n-2 ) lunghezza (corti, medi e lunghi). -SH Contengono un FAD come gruppo prostetico. FAD Acil- EC EC EC trans-d 2 -enoil- FADH 2 H 2 Enoil- idratasi EC L-β-idrossiacil- B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Acil- EC EC EC Il FAD viene ridotto a FADH 2, gli elettroni vengono poi convogliati alla catena respiratoria attraverso una flavoproteina trasportatrice di elettroni (ETF) e al CoQ per formare CoQH 2. Acil- (C n ) FAD ETF red CoQ EC EC EC trans- 2 -enoil- FADH 2 ETF ox CoQH 2 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

36 Acil- EC EC EC Meccanismo FAD EC IS2 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi β-ossidazione acidi grassi In tutto quattro attività enzimatiche catalizzano il processo ciclico: Una converte il legame CαCβ a doppio legame (ossidazione), Una idratasi addiziona acqua in trans per formare un enolo Un altra ossida il gruppo H a carbonile ed infine Una tiolasi permette la rottura del legame CαCβ per formare Acetil- e Acil- più corto di due unità. Acetil- 3-Chetotiolasi EC SH NADH + H + L-3-idrossiacil- NAD + β-chetoacil- Acil- (C n ) Acil- (C n-2 ) L-β-idrossiacil- FAD Acil- EC EC EC trans-d 2 -enoil- FADH 2 H 2 Enoil- idratasi EC B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

37 β-ossidazione acidi grassi Idratazione stereo specifica. L enoil- idratasi catalizza l idratazione stereospecifica al doppio legame trans producendo L-idrossiacil-. Esamero. Due enzimi: Acetil- 3-Chetotiolasi EC SH NADH + H + L-3-idrossiacil- NAD + β-chetoacil- Acil- (C n ) EC : maggiore affinità per enoil- a corta catena. Acil- (C n-2 ) EC : maggiore affinità per enoil- a lunga catena. FAD Acil- EC EC EC trans-d 2 -enoil- FADH 2 H 2 Enoil- idratasi EC L-β-idrossiacil- B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Enoil- idratasi EC Esanoil- 1MJ3 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

38 Enoil- idratasi EC δ ++ Glu164 Glu144 Glu164 Glu144 δ Glu164 Glu144 Glu164 Glu144 Glu164 Glu144 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Enoil- idratasi EC δ ++ Glu164 Glu144 Glu164 Glu144 δ Glu164 Glu144 Glu164 Glu144 Glu164 Glu144 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

39 β-ossidazione acidi grassi In tutto quattro attività enzimatiche catalizzano il processo ciclico: Una converte il legame CαCβ a doppio legame (ossidazione), Una idratasi addiziona acqua in trans per formare un enolo Un altra ossida il gruppo H a carbonile ed infine Una tiolasi permette la rottura del legame CαCβ per formare Acetil- e Acil- più corto di due unità. Acetil- 3-Chetotiolasi EC SH NADH + H + L-3-idrossiacil- NAD + β-chetoacil- Acil- (C n ) Acil- (C n-2 ) L-β-idrossiacil- FAD Acil- EC EC EC trans-d 2 -enoil- FADH 2 H 2 Enoil- idratasi EC B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi β-ossidazione acidi grassi L enzima L-3-idrossiacil- catalizza l ossidazione di L-β-idrossiacil-. Acil- (C n ) FAD Acil- È un enzima specifico per l isomero L. EC Acetil- EC Il NADH prodotto entra nella catena respiratoria a livello del EC complesso I. FADH 2 3-Chetotiolasi EC SH Acil- (C n-2 ) NADH + H + L-3-idrossiacil- NAD + β-chetoacil- trans-d 2 -enoil- H 2 Enoil- idratasi EC L-β-idrossiacil- B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

40 L-3-idrossiacil- EC δ - NAD + NADH B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi β-ossidazione acidi grassi In tutto quattro attività enzimatiche catalizzano il processo ciclico: Una converte il legame CαCβ a doppio legame (ossidazione), Una idratasi addiziona acqua in trans per formare un enolo Un altra ossida il gruppo H a carbonile ed infine Una tiolasi permette la rottura del legame CαCβ per formare Acetil- e Acil- più corto di due unità. Acetil- 3-Chetotiolasi EC SH NADH + H + L-3-idrossiacil- L-3-Idrossiacil NAD + β-chetoacil- Acil- (C n ) Acil- (C n-2 ) L-β-idrossiacil- FAD Acil- EC EC EC trans-d 2 -enoil- FADH 2 H 2 Enoil- idratasi EC B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

41 β-ossidazione acidi grassi Acetil- 3-Chetotiolasi EC SH Acil- (C n ) Acil- (C n-2 ) FAD Acil- EC EC EC FADH 2 trans-d 2 -enoil- β-chetoacil- H 2 NADH + H + L-3-idrossiacil- Enoil- idratasi EC L-3-Idrossiacil La chetotiolasi catalizza la scissione del β-chetoacil-. Si produce un Acil- di due atomi di carbonio più corto. NAD Il ciclo ricomincia. + L-β-idrossiacil- B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Chetotiolasi EC C n S S H B + S CH 2 S CH 2 - S H B + S H B + S B S Intermedio enzima tioestere S CH 3 C 2 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

42 3-Chetotiolasi EC Intermedio enzima tioestere C n-2 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Chetotiolasi EC Arg Cys 1AWF B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

43 Stechiometria Per ogni ciclo si producono: NADH che equivale a 2.5 moli di ATP prodotte nella catena respiratoria. FADH 2 che equivale a 1.5 moli di ATP prodotte nella catena respiratoria. Per la degradazione dell acido palmitico (C 16 ): CH 3 -(CH 2 ) 14 -C-S- + 7FAD + 7NAD + + 7H 2 + 7SH 8CH 3 -C-S- + 7FADH 2 +7NADH +7H + 7FADH Pi ADP FAD H ATP 320 kj mol -1 7NADH + 7H Pi ADP NAD H ATP 534 kj mol -1 8CH 3 -C-S Pi + 80ADP H C ATP 2440 kj mol -1 CH 3 -(CH 2 ) 14 -C-S Pi +108ADP ATP + 16 C H 2 + SH 3294 kj mol -1 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Stechiometria Per ogni ciclo si producono: NADH che equivale a 2.5 moli di ATP prodotte nella catena respiratoria. FADH 2 che equivale a 1.5 moli di ATP prodotte nella catena respiratoria. Per la degradazione dell acido palmitico (C 16 ): CH 3 -(CH 2 ) 14 -C-S- + 7FAD + 7NAD + + 7H 2 + 7SH 8CH 3 -C-S- + 7FADH 2 +7NADH +7H + 7FADH Pi ADP FAD H ATP 320 kj mol -1 7NADH + 7H Pi ADP NAD H ATP 534 kj mol -1 8CH 3 -C-S Pi + 80ADP H C ATP 2440 kj mol -1 CH 3 -(CH 2 ) 14 -C-S Pi +108ADP ATP + 16 C H 2 + SH 3294 kj mol -1 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

44 Rendimento Combustione dell acido palmitico: CH3-(CH2)14-CH + 2 C2 + H2 G = kj mol-1 ssidazione dell acido palmitico e respirazione cellulare: CH3-(CH2)14-CH + 2 C2 + H2 (108 2) ATP = G = kj mol-1 Efficienza = 3233/9790 = 33% Produzione di 130 H2 metabolica per mole di acido palmitico che viene β-ossidato. B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Pari e dispari Dalla β-ossidazione di acidi grassi con atomi si carbonio pari (n) si formano n/2 acetil- attraverso (n/2 1) cicli di reazioni. Dalla β-ossidazione di acidi grassi con atomi si carbonio dispari (n) si formano n/2-1 acetil- + 1 propionil- da (n/2-1) cicli di reazioni. B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

45 Acidi grassi dispari Acil- β-ossidazione Propionil- Propionil- carbossilasi D-Metilmalonil- n/2 ATP + C 2 + H 2 Metilmalonil- epimerasi Succinil- Metilmalonil- mutasi L-Metilmalonil- B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Acidi grassi monoinsaturi C H 3 C H 3 leil- (C 18 9 ) S 3 x β-ossidazione 3 H 3 C S H 2 H S Enoil- idratasi 6 x β-ossidazione C H 3 C H 3 cis- 3 -dodecanoil- 6 6 Enoil- isomerasi S S trans- 3 -dodecanoil- 6 H 3 C S B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

46 Acidi grassi polinsaturi Linoeil- (C ) cis- 3 -cis- 3 -dodecanoil- 3 x β-ossidazione cis- 4 -decanoil- 3 H 2 Enoil- isomerasi β-ossidazioneenoil- idratasi trans- 3 -cis- 6 -dodecanoil- NADPH + H + NADP + trans- 3 -decanoil- trans- 2 -cis- 4 -decanoil- Dienoil- reduttasi H x β-ossidazione Enoil- idratasi B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Perossisomi La β-ossidazione avviene in molte strutture subcellulari, in particolare nei perossisomi. Sono deputati alla formazione di H 2 2 che viene utilizzata come sistema di difesa da batteri, virus, ecc. L accettore di elettroni della acil- ossidasi è il FAD: FAD FADH 2 FADH FAD + H H 2 2 H B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

47 ω-ossidazione Nel reticolo endoplasmatico può avvenire la ω-ossidazione. Catalizzata da enzimi che appartengono alla classe delle ossidasi miste (CytP450, CYP) Provocano una idrossilazione e quindi una ossidazione. È un processo aspecifico che converte molecole lipofile in prodotti più idrosolubili più facili da eliminare. È un processo che detossifica le cellule da molecole lipofile. B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Struttura del CYP (1P5) AA basici B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

48 Struttura del CYP (1P5) Cys436 AA basici B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Struttura del CYP (1P5) Cys436 AA basici Cavità B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

49 Ciclo del CYP (prodotto) RH RH (substrato) Fe 3+ H 2 Fe 3+ RH H 2 H 2 Fe 3+ RH e - Fe 2+ RH Fe 3+ RH 2 H 2 NAD(P)H-citocromo P450 reduttasi H + [Fe 2+ 2 RH] -1 - e H + [Fe2+ HRH] -1 [Fe 2+ 2 RH] -2 citocromo b5 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Meccanismo ciclico del CYP H 2 RH RH H 2 R II I RH VII. A e - H 2 2 VI H 2 H + - RH H + RH III H + 2- RH RH RH 2 V e - IV B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

50 Meccanismo ciclico del CYP I. P450 acquo Fe 3+ (basso spin) Lega RH II. P450 canfora Fe 3+ (alto spin) entra 1e -, riduzione a Fe 2+ III. P450 canfora Fe 2+ Lega 2 IV. P450 con 2 legato, equivalente a Fe entra 1e -, riduzione a 2 2- V. P450 perossido Entra 1H + VII VI H 2 H + H + RH RH - RH 2-. H 2 RH I A H + RH H 2 2 RH RH H 2 R 2 RH e - II III e - V IV B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Meccanismo ciclico del CYP H 2 RH RH H 2 R II I Entra 1H + RH VI. P450 idroperossido Entra 1H + esce H 2 VII. P450 Fe catione radicale sulla proteina si forma RH VII H 2 H + - RH. A H + H 2 2 RH e - III A. L idroperossido VI si può formare per reazione di II con H 2 2 VI H + 2- RH RH RH 2 e - V IV B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

51 Meccanismo L ossigeno è legato non ad angolo retto. Il legame dell ossigeno allontana il ligando (RH) solo dopo che I due atomi di ossigeno si sono ridotti il ligando si riavvicina. Ciò previene la formazione di RS. Gli elettroni per la riduzione dell ossigeno so forniti da una proteina Fe-S (P450 batterica o mitcondriale) o da una NADPH-citocromo P450 ossidoreduttasi FAD/FMN dipendente (microsomi). B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Meccanismo generale del CYP H 2 NADP + CYTP450 Reduttasi FMNH 2 /FADH 2 CYP Fe 3+ RH NADPH + H + CYTP450 Reduttasi FMN/FAD CYP Fe 2+ RH 2H B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

52 Metabolismo dei grassi 1. Demolizione dei trigliceridi 2. Catabolismo degli acidi grassi 3. Biosintesi degli acidi grassi e colesterolo dei lipidi complessi 4. Trasporto dei lipidi B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Biosintesi degli acidi grassi La sintesi degli acidi grassi segue un percorso diverso rispetto al catabolismo: Le catene di acidi grassi sono costruite per addizione di unità di due atomi di carbonio derivate dal acetil-. Le unità di acetato sono attivate dalla formazione di malonil-. Gli intermedi della biosintesi sono legati a SH di proteine (proteine trasportatrici di acili, ACP) e non a -SH. La sintesi avviene nel citoplasma mentre la degradazione è mitocondriale. B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

53 Biosintesi degli acidi grassi Negli animali la sintesi è catalizzata da una serie di enzimi componenti del complesso acido grasso sintasi (EC EC ) mentre nelle piante e nei batteri gli enzimi sono separati La biosintesi usa come sistema redox il NADP + /NADPH (la degradazione usa il sistema NAD + /NADH). L addizione dell unità C 2 è alimentata dal G negativo della decarbossilazione del malonil-. L allungamento è ripetuto fino alla formazione di C 16 (Acido palmitico). Altri enzimi catalizzano la ramificazione e l insaturazione. B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Strategia Acetil- Malonil- H 3C S C 2 S Acetil-ACP C 2 H 3C S ACP C 2 6 S CH 3 Dopo sette cicli CH 3 S ACP EC EC S ACP C H 2 14 CH 3 NADP + INVERS DELLA β-ssidazine NADPH NADPH H 2 NADP + B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

54 Energia La spinta è il potere riducente del NADPH Acetil- + 7 Malonil NADPH + 14H + Palmitoil- + 7 HC SH + 14 NADP + Formazione di esteri B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Quindi: Per produrre acidi grassi, nel citoplasma servono: Acetil- Malonil- (Acetil- + C 2 Malonil-) Equivalenti riducenti come NADPH B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

55 β-ossidazione Acil-carnitina Il trasporto Acil- Acil-carnitina Acido Grasso Aminoacidi ssalcetato Acetil- Ciclo di Krebs Citrato Citrato sintasi Citrato Citrato ATP-citrato liasi ssalcetato Acetil- NAD + NADH Malato NAD + Malato Malato Malato NADH Malato Acidi grassi NADP + C 2 NADH Piruvato ADP + Pi Piruvato carbossilasi ATP C 2 Enzima malico NADPH NAD + Piruvato C 2 Piruvato Piruvato MATRICE MITCNDRIALE NADH LAT CITPLASMA NAD + Glicolisi Glucosio B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Formazione di malonil- Acetil- + ATP + Acetil- carbossilasi EC Malonil- + ADP + Pi +H + L acetil- carbossilasi (ACC) è un enzima biotina dipendente che funziona in modo simile alla piruvato carbossilasi, Non fa parte del complesso acido grasso sintasi, Ha un meccanismo a ping-pong: ATP HC 3 - ADP Pi Acetil- Malonil- E-biotina E-carbossibiotina E-biotina B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

56 Acetil- carbossilasi (EC ) Ha un peso molecolare da 4000 a 8000 kd è formata da monomeri di 230 kd gni subunità contiene le attività per: Il trasporto della carbossibiotina, La biotina carbossilasi La transcarbossilasi I siti di regolazione allosterica La forma polimerica è attiva, i singoli monomeri non sono attivi. L equilibrio: Monomeri inattivi polimero attivo È regolato dal prodotto (palmitoil-) che lo sposta verso i monomeri, mentre il citrato lo sposta verso il polimero. Gli effetti allosterici sono regolati dalla fosforilazione. B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Acetil- carbossilasi (EC ) Possiede numerosi siti di fosforilazione, È fosforilata da una chinasi e defosforilata da una fosfatasi. La ACC defosforilata è attivata da bassa concentrazione di citrato ed inibita da alta concentrazione di (grasso) acil-, al contrario la ACC fosforilata attivata da alta concentrazione di citrato e inibita da bassa concentrazione di (grasso) acil-.? Protein chinasi calmodulina dipendente Caseina chinasi II Protein chinasi camp dipendente Protein chinasi C Protein chinasi AMP dipendente Protein chinasi C P P P P P P Protein chinasi camp dipendente AMP-protein chinasi P B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

57 Acetil- carbossilasi (EC ) È un enzima a biotina La biotina si lega ad una lisina nel sito attivo dell enzima formando un lungo braccio flessibile ad una estremità del quale vi è il sito di carbossilazione. Lisina Sito di carbossilazione Legame ε-peptidico B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Acetil- carbossilasi (EC ) AT HC 3 Il lungo braccio flessibile permette il movimento della biotina tra il sito di carbossilazione e il sito di decarbossilazione e formazione del malonil-. La carbossilazione avviene ad opera di carbossifosfato che si forma nel sito di carbossilazione per reazione di ATP e bicarbonato. AD Carbossifosfato P B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi P H 3 C HN H 3 C N N H S N H S S Biotina CH 3 CH 3 CH 3 H 3 C NH N Carbossibiotina N H N H N H N H N H N H 57

58 Acetil- carbossilasi (EC ) La decarbossilazione e formazione di malonil- avviene nel secondo sito della Acetil- carbossilasi dove si lega acetil- per formare malonil-. S N H N H C H 3 S H 3 C N CH 3 NH S S H 3 C HN CH 3 NH N H N H B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Formazione di Acetil-ACP Acetil- 6 C 2 Acetil-ACP C 2 Malonil- La reazione è catalizzata da [ACP]acetiltransferasi C (EC ), 2 Per il malonil- invece vi è una [ACP]maloniltransferasi (EC ) Dopo sette cicli NADP + NADPH INVERS DELLA b-ssidazine H 2 NADP + NADPH B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

59 Acyl Carrier Protein (ACP) Il legame avviene attraverso la Ser terminale che lega il gruppo prostetico: Fosfopanteina B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Strategia C 2 Acetil- Malonil- C 2 Acetil-ACP 6 Malonil- 6 C 2 β-chetoacil-acp sintetasi EC Acil-ACP-idrolasi EC Palmitoil-ACP Dopo sette cicli NADP + Butirril-ACP Acido grasso sintasi EC EC Enoil-[ACP] reduttasi NADPH EC NADH EC Acetoacetil-ACP β-chetoacil [ACP] reduttasi EC NADPH NADP + Palmitato NADPH Crotonil-ACP β-idrossibutirril [ACP] deidratasi EC H 2 D-idrossibutirril-ACP (nella β-ossidazione L-idrossienoil-) INVERS DELLA β-ssidazine B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

60 Acido grasso sintasi Il meccanismo è lo stesso sia per gli organismi superiori che per i batteri che le piante, È diversa l organizzazione degli enzimi: Nel lievito e nelle piante il complesso acido grasso sintasi è un complesso enzimatico α 6 β 6. Subunità α Enzima di Condensazione (Chetoacil-ACP-sintasi) B-chetoacil ACP-reduttasi Acetiltransferasi Maloniltransferasi β-idrossialcil deidratasi Enoilreduttasi Subunità β B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Acido grasso sintasi Il meccanismo è lo stesso sia per gli organismi superiori che per i batteri che le piante, È diversa l organizzazione degli enzimi: Negli animali è un dimero nel quale ognuno dei monomeri contiene le attività enzimatiche della catena sintetica, i monomeri sono organizzati testa-coda in modo tale che il prodotto di una catena di reazioni entra nella successiva catena di reazioni B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

61 Acido grasso sintasi Ingresso dei substrati Tioesterasi Dominio 1: Legame e condensazione dell acile e del malonile Allungamento della catena β-idrossialcil deidratasi B-chetoacil ACP-reduttasi Enoilreduttasi Maloniltransferasi Dominio 2: Riduzione degli intermedi Dominio 3: Rilascio del palmitato Allungamento della catena Ingresso dei substrati Acetiltransferasi Enzima di Condensazione (Chetoacil-ACP-sintasi) B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Meccanismo AT KSasiAT C 2 C 3 C 2 C 3 C 2 C 3 ACP ACP ACP C 4 ACP C 4 ACP C 1 C 2 C 2 C 3 C 3 ACP ACP B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

62 Meccanismo AT Acetil transferasi 3-chetoacil-ACP sintasi KSasiAT Malonil transferasi C 2 C 3 Acetil- C 2 C 3 C 2 C 3 ACP ACP ACP Malonil- C 4 ACP H 2 NADPH NADP NADPH + NADP + C 4 ACP CC 12 C 2 C 2 C 3 C 3 ACP ACP B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Meccanismo Acetil transferasi 3-chetoacil-ACP sintasi Malonil transferasi Acetil- Malonil- H 2 C 2 NADP + NADPH NADP + NADPH B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

63 Allungamento della catena L allungamento della catena procede come inverso della β-ossidazione dell acile attraverso legame con. A differenza della β-ossidazione l enoil- reduttasi usa il NADPH invece del FADH 2. NADH + H + NAD + L-β-idrossiacil- Acil- (C n ) Tiolasi β-chetoacil- L-β-idrossiacil- NAPD + Enoil- idratasi NADPH + H + H 2 Acil- (C n+2 ) Enoil- reduttasi α β-trans-enoil- B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

64 Mono insaturazione La singola insaturazione viene inserita nella catena acilica nel processo di allungamento della catena del Acil-ACP. Nell E. Coli agisce una β-idrossidecanoil-acp idratasi che elimina una molecola d acqua dal D-b-idrossidecanoil-ACP intermedio. Negli eucarioti la reazione avviene attraverso un ossidazione del prodotto finale (stearoil-, C 18 ) ad opera di 2 nel reticolo endoplasmatico. 1/2 H 2 2 Stearoil- (C 18 ) leil- (C 18 9 ) B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Mono insaturazione La singola insaturazione viene inserita nella catena acilica nel processo di allungamento della catena del Acil-ACP. Nell E. Coli agisce una β-idrossidecanoil-acp idratasi che elimina una molecola d acqua dal D-b-idrossidecanoil-ACP intermedio. Negli eucarioti la reazione avviene attraverso un ossidazione del prodotto finale (stearoil-, C 18 ) ad opera di 2 nel reticolo endoplasmatico. 2H + NADH + H + Cyt b 5 reduttasi (Fe ++ ) 2 Cyt b 5 (Fe ++ ) Desaturasi (Fe +++ ) H 2 leil- (C 18 9 ) Cyt b 5 2 Cyt b 5 Desaturasi NAD + reduttasi (Fe +++ ) (Fe +++ ) (Fe ++ ) 1/2 Stearoil- (C 18 ) 2 + 2H + B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

65 Poli insaturazione La gestione degli acidi grassi polinsaturi (PUFA) è diversa nei diversi organismi, quindi i processi sono diversi a seconda dell organismo. Nei mammiferi: Linoleato (C 18-9, 12 ) -SH + ATP Acil- sintetasi AMP + PPi Linoleil- (C 18-9, 12 -) Desaturazione 2H + C 18-6, 9, 12 - Malonil- Allungamento C 2 + -SH S S S C 20-8, 11, 14 - Desaturazione 2H + S Arachidonoil- (C 20-5, 8, 11, 14 -) H 2 SH B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Arachidonato (C 20-5, 8, 11, 14 ) 129 Controllo e regolazione della biosintesi L acetil- ha un ruolo centrale della regolazione del metabolismo degli acidi grassi e dei glucidi. L acetil- carbossilasi è regolata allostericamente dal citrato (attivatore) e dagli acil- (inibitore). Il malonil- agisce invece come inibitore del trasporto di Acil- all interno dei mitocondri a livello della formazione dell acil-carnitina. Vi è poi un azione di controllo a livello di interazione tra gli organi mediata dagli ormoni attraverso le cascate enzimatiche attivate dal camp. B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

66 Controllo e regolazione della biosintesi Acil-carnitina Acil- Acido Grasso β-ossidazione Acil-carnitina Aminoacidi ssalacetato Acetil- Ciclo di Krebs Citrato Citrato sintasi Citrato Citrato ATP-citrato liasi ssalacetato NADH Acetil- ACC Malonil- NADH NAD + Malato NAD + Acil- Malato Malato Malato Malato NADP + C 2 NADH Piruvato ADP + Pi Piruvato carbossilasi ATP C 2 Enzima malico NADPH NAD + Piruvato C 2 Piruvato Piruvato MATRICE MITCNDRIALE NADH LAT CITPLASMA NAD + Glicolisi Glucosio B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi rmone (Adrenalina o glucagone) Controllo e regolazione della biosintesi G α -GTP Adenilato ciclasi (inattiva) Adenilato ciclasi (attiva) ATP Proteina chinasi A (inattiva) Fosforilasi chinasi (b-inattiva) Pi AMP camp + PPi Fosfodiesterasi Proteina chinasi A (attiva) ATP Fosfatasi Acetil- Carbossilasi (attiva a basso citrato) ADP Fosforilasi chinasi (a-attiva) ATP Pi P Fosfatasi P ADP Acetil- Carbossilasi (attiva ad alto citrato) B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

67 Metabolismo dei grassi Demolizione dei trigliceridi Catabolismo degli acidi grassi Biosintesi degli acidi grassi e colesterolo dei lipidi complessi Trasporto dei lipidi B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Lipidi Semplici Sono molecole che non contengono legami esterei o amidici Agidi grassi Colesterolo Complessi Sono derivati di acidi grassi variamente esterificati o amidati. Glicerofosfolipidi e sfingosidi Trigliceridi B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

68 Il colesterolo appartiene alla famiglia degli steroidi, Colesterolo È un componente fondamentale delle membrane biologiche, È il precursore nella sintesi degli acidi biliari (acido colico, acido taurocolico, acido glicocolico) e della sintesi degli ormoni steroidei (testosterone, estradiolo, progesterone) e della vitamina D 3. Viene sintetizzato prevalentemente nelle cellule epatiche a partire da acetil-. B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Biosintesi del colesterolo Viene sintetizzato nelle cellule epatiche a partire da acetil- per formare 3-R-mevalonato. 3-idrossi-3-metil glutaril- HMG- Acetil- (C n ) Tiolasi Acetoacetil- HMG sintasi NADPH + H + HMG- reduttasi I riduzione II riduzione NAPD + NADPH + H + NAPD + 3-R-mevalonato Intermedio legato all'enzima B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

69 HMG reduttasi EC È una glicoproteina di membrana del reticolo endoplamatico, Il suo peso molecolare è di 97 kd, Il sito attivo è rivolto verso il citoplasma. È anch essa regolata dal sistema protein chinasi. B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi HMG reduttasi EC È una glicoproteina di membrana del reticolo endoplamatico, Il suo peso molecolare è di 97 kd, Il sito attivo è rivolto verso il citoplasma. È anch essa regolata dal sistema protein chinasi. HMG NADP B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

70 HMG reduttasi EC Viene inibita dalle statine, usate come farmaci per ridurre elevati livelli di colesterolo. Mevastatina B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Controllo e regolazione della biosintesi del colesterolo rmone (Adrenalina o glucagone) Adenilato ciclasi (inattiva) Adenilato ciclasi (attiva) AMP HMG- reduttasi chinasi (inattiva) Fosfodiesterasi Pi Fosfatasi specifica Pi B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi G α -GTP ATP HMG- reduttasi chinasi chinasi (inattiva) 3-R-mevalonato HMG- camp + PPi HMG- reduttasi chinasi chinasi (attiva) ATP ADP HMG- reduttasi (attiva) P HMG- reduttasi chinasi (attiva) ATP ADP Fosfatasi specifica HMG- reduttasi (inattiva) P 70

71 Biosintesi del colesterolo Il mevalonato viene convertito in squalene attraverso l allungamento con unità isoprenoidi. 2ATP 2ADP ATP ADP + Pi + C 2 3-R-mevalonato Mevalonato chinasi Fosfomevalonato chinasi 5-pirofosfo-3-R-mevalonato Pirofosfomevalonato carbossilasi Isopentenilpirofosfato Isopentenilpirofosfato Pi Isopentenilpirofosfato Isopentenilpirofosfato isomerasi Pi Geranilpirofosfato Dimetilallilpirofosfato NADPH + H + Farnesilpirofosfato NAPD + + 2Pi Allungamento testa-coda di unità isoprenoidi Squalene B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Biosintesi del colesterolo Lo squalene viene convertito in colesterolo attraverso monossigenasi e ciclasi. Squalene Squalene-2,3-epossido Squalene monossigenasi 2,3-ossidosqualene lanosterolo ciclasi H + 7-deidrocolesterolo 20 tappe Lanosterolo Molte tappe Colesterolo Desmosterolo B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

72 Destino del colesterolo Il colesterolo può: entrare nella costituzione delle membrane, essere convertito in esteri del colesterolo e trasportato dalle lipoproteine alle cellule bersaglio essere sorgente per la sintesi degli ormoni steroidei e gli acidi biliari. Colesterolo RMNI STERIDEI INCRPRAZINE NELLE MEMBRANE ACIDI BILIARI Acil- colesterolo aciltransferasi (ACAT) LIPPRTEINE Esteri del colesterolo B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

73 Metabolismo dei grassi 1. Demolizione dei trigliceridi 2. Catabolismo degli acidi grassi 3. Biosintesi degli acidi grassi e colesterolo dei lipidi complessi 4. Trasporto dei lipidi B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Lipidi Semplici Sono molecole che non contengono legami esterei o amidici Agidi grassi Colesterolo Complessi Sono derivati di acidi grassi variamente esterificati o amidati. Glicerofosfolipidi e sfingosidi Trigliceridi B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

74 Glicerofosfolipidi Sono esteri di acidi grassi e glicerolo H 2 H 2 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Acido fosfatidico È il prototipo dei fosfolipidi, Si ottiene per esterificazione del glicerolo con due catene di acidi grassi (in C1 e C2) e di acido fosforico (in C3): B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

75 Biosintesi dell acido fosfatidico L acido fosfatidico viene sintetizzato a partire da glicerolo-3-p e acil-acp. Negli eucarioti la sorgente è il diidrossiacetonfosfato Diidrossiacetonfosfato Glicerolo-3-fosfato Glicerolo NADH + H + NAD + ADP H H ATP H H H Glicerolo Glicerolo-3-fosfato chinasi P P H S S o S Diidrossiaceton R ACP Glicerolo-3-fosfato R R fosfato aciltransferasi aciltransferasi H S H S o H S ACP NADPH + H + NAPD + R R P Acil-diidrossiaceton fosfato reduttasi H 1-acil-glicerolo-3-fosfato P 1-acil-diidrossiacetonfosfato o 1-acilglicerolo aciltransferasi R S R S ACP H S o H S ACP R Acido fosfatidico R B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi P 149 Fosfolipidi Nei fosfolipidi la funzione acida libera del gruppo fosfato è esterificata con un alcool: Colina Serina 3 Etanolamina 1 2 Glicerolo Inositolo B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

76 Fosfatidilcolina Un esempio di glicerofosfolipide molto presente nelle membrane biologiche è la fosfatidilcolina dove la funzione acida libera del gruppo fosfato è esterificata con la colina B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Biosintesi di fosfolipidi Negli eucarioti i trigliceridi e i fosfolipidi provengono dall acido fosfatidico. Il legame degli aminoalcoli al diacilglicerolo viene effettuato attivando gli aminoalcoli fosforilati con Citidina trifosfato (CTP). I triacilgliceroli si formano dal diacilglicerolo per trasferimento di un acile dal acil-. ATP ADP CTP PPi CMP Etanolamina H Fosfoetanolamina Citidina CDPetanolamina P P Etanolamina chinasi Fosfatidiletanolamina + NH 3 ADP Diacilglicerolo chinasi ATP CTP:fosfoetanolamina citidiltransferasi P R NH 3 + R NH 3 + CDP-etanolamina 1,2,-diacilglicerolo fosfoetanolamina transferasi NH 3 + Diacilglicerolo aciltransferasi P R H R R Acido fosfatidico R R P H 2 Acido fosfatidico fosfatasi Pi CTP:fosfocolina citidiltransferasi Diacilgliecrolo R R R H S S Triacilgliecrolo Citidina CDP-colina 1,2,-diacilglicerolo fosfocolina transferasi H Colina chinasi Colina N + CH 3 CH 3 ATP Fosfocolina P P R CH 3 ADP CTP PPi CDPcolina R CMP Fosfatidilcolina CH 3 N + CH 3 CH 3 CH 3 N + CH 3 CH 3 CH 3 N + CH 3 CH 3 B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

77 Biosintesi di fosfatidilserina Nei mammiferi la sintesi di fosfatidilserina avviene attraverso la scambio con etanolamina. Fosfatidiletanolamina C 2 Fosfatidilserina decarbossilasi (mitocondri) Enzima di scambio delle basi (reticolo endoplasmatico) Fosfatidilserina B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Metabolismo dei grassi 1. Demolizione dei trigliceridi 2. Catabolismo degli acidi grassi 3. Biosintesi degli acidi grassi e colesterolo dei lipidi complessi 4. Trasporto dei lipidi B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

78 Complessi lipoproteici I lipidi circolano negli organismi sottoforma di complessi lipoproteici: Gli acidi grassi sono coniugati con l albumina I triacilgliceroli, i fosfolipidi, il colesterolo ed i suoi esteri sono trasportati come lipoproteine. Densità (g/ml) Diametro (nm) HDL (High Density Lipoprotein) LDL (Low Density Lipoprotein) IDL (Intermediate Density Lipoprotein) VLDL (Very Low Density Lipoprotein) Chilomicroni < B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Complessi lipoproteici I lipidi circolano negli organismi sottoforma di complessi lipoproteici: Gli acidi grassi sono coniugati con l albumina I triacilgliceroli, i fosfolipidi, il colesterolo ed i suoi esteri sono trasportati come lipoproteine. HDL (High Density Lipoprotein) LDL (Low Density Lipoprotein) IDL (Intermediate Density Lipoprotein) VLDL (Very Low Density Lipoprotein) Chilomicroni Proteine Colesterolo Fosfolipidi Triacilgliceroli B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

79 Complessi lipoproteici Le lipoproteine vengono sintetizzate nel fegato e nell intestino (chilomicroni). B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Complessi lipoproteici Le lipoproteine vengono sintetizzate nel fegato e nell intestino (chilomicroni). B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

80 Complessi lipoproteici Apoproteina PM Concentrazione nel plasma (mg/100ml) Distribuzione A Proteina principale nelle HDL A Si trova come dimero nelle HDL B <5 Solo nei chilomicroni B Proteina principale nelle LDL C C C Nei chilomicroni, VLDL, IDL, HDL Nei chilomicroni, VLDL, IDL, HDL Nei chilomicroni, VLDL, IDL, HDL D Nelle HDL E Nei chilomicroni, VLDL, IDL, HDL B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi La sintesi delle apoproteine, dei fosfolipidi, del triacilglicerolo, del colesterolo e dei suoi esteri avviene nel reticolo endoplasmatico, L assemblaggio dei componenti nelle prelipoproteine avviene nel RE e queste vengono trasferite nel Golgi. Complessi lipoproteici B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi

81 Nel Golgi alle preliproproteine vengono aggiunti i fosfolipidi e, forse, gli esteri del colesterolo. Le vescicole di secrezione contenenti le lipoproteine migrano verso la membrana plasmatica dove Si fondono con essa e rilasciano nel circolo le lipoproteine. Complessi lipoproteici B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi Produzione e rilascio Le lipoproteine circolanti vengono internalizzate dalle cellule bersaglio. Esse vengono riconosciute da uno specifico recettore (Low Density Lipoprotein Receptor) che media il processo. B12 - v. 2.0 gsartor Metabolismo dei grassi