7 4_Metabolismo_de_lípidos_Síntesis_de_ácidos_grasos_y_TAG

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Unidad 7. Estructura y metabolismo de lípidos
BIOQUIMICA
7.4 Metabolismo de Lípidos. Síntesis de ácidos grasos. Síntesis de triacilgliceroles.
Esteban A. Ferro B, PhD 
Facultad de Ciencias Médicas
Universidad Nacional de Asunción
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Unidad 7. Estructura y metabolismo de lípidos
Presentación 7.4 Metabolismo de Lípidos: Síntesis de ácidos grasos – Síntesis de triacilgliceroles – Lipogénesis y lipólisis 
Contenido
Síntesis de ácidos grasos (ácido palmítico)
Regulación
Elongación, desaturación y retroconversión de ácidos grasos
Síntesis de triacilgliceroles
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Los mamíferos somos capaces de sintetizar diversos ácidos grasos, excepto los esenciales (18:2 (9,12), 18:3 (9,12,15)).
Sintetizamos ácido palmítico (16:0), principalmente en el hígado y ácidos de cadena media en glándulas mamarias durante la lactancia, en el citoplasma.
Diversos ácidos se forman por elongación, desaturación y retroconversión de otros ácidos, esenciales y no esenciales .
Síntesis de ácidos grasos
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La síntesis de palmitato ocurre cuando hay oferta de hidratos de carbono y de NADPH y alta carga energética.
 
Los ácidos grasos sintetizados se esterifican para formar triacilgliceroles, que son exportados a los tejidos periféricos mediante las VLDL.
 
En los tejidos, estos ácidos serán almacenados como TAG o empleados como combustibles celulares, según la necesidad del momento y el tejido receptor.
Síntesis de ácidos grasos
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Metabolismo de Lípidos
Triacilgliceroles
Lípidos de membrana
Ácidos grasos
NADPH
FADH2 
NADH 
FADH2 
NADH 
ATP
ATP
GTP
Cuerpos cetónicos
Colesterol
AcCoA
Síntesis de ácidos grasos
ß-oxidación de ácidos grasos
Lipólisis
Síntesis de TAG
Fosforilación oxidativa
Ciclo de Krebs
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Ácidos grasos 
Síntesis vs ß – Oxidación
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Precursores:
Citrato (procedente de AcCoA mitocondrial)
NADPH (procedente de Glc-6-P y malato)
 
Intermedios: 
Iniciador: AcCoA (ac.grasos lineales de C par)
Elongador: Malonil-CoA.
 
Enzimas participantes:
ATP-citrato liasa (para proveer AcCoA, inhibida por hidroxicitrato)
Glc-6PDH, 6-PgluconatoDH, enzima málica (para NADPH)
Acetil-CoA carboxilasa (dependiente de biotina)
Ácido graso sintasa (α2 multifuncional)
Síntesis de ácidos grasos
Síntesis de ácidos grasos – Origen del citrato
CoASH
CO2
Síntesis de ácidos grasos
Origen del citrato
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Síntesis de ácidos grasos
Origen de la molécula elongadora: malonil-CoA
Acetil-CoA carboxilasa
(Protómeros inactivos)
Acetil-CoA carboxilasa
(Polímero activo)
Citrato
Acil-CoA de cadena larga
Malonil-CoA
Acetil-CoA
Acetil-CoA
Acetil-CoA carboxilasa (mamíferos: 230 kDa)
 
Isoforma α: 	 tejido adiposo
Isoforma ß: 	 músculos aerobios, corazón (¿Función?)
Isoformas α y ß: hígado 	
Origen de la molécula elongadora: malonil-CoA
Estequiometría de la reacción catalizada por acetil-CoA carboxilasa
AcCoA + CO2 + ATP  malonil-CoA + ADP + Pi + H+ 
Malonil-CoA
Acetil-CoA
Biotinil-enzima
Carboxibiotinil-enzima
Biotinil-enzima
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Corto plazo:
	- Activada por polimerización de protómeros inducida 	por citrato
	- Inhibida por despolimerización de protómeros 	inducida por palmitoil-CoA (acil-CoA de cadena larga)
Mediano plazo:
	- Inhibida por fosforilación (PKA: epinefrina, glucagón )
	- Activada por desfosforilación (PPP: Insulina)
Largo plazo:
	- Inducida por dieta rica en hidratos de carbono y pobre 	en lípidos (TAG).
	- Reprimida por dieta rica en lípidos e inanición.
	 	
Acetil-CoA carboxilasa - Regulación
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Acetil-CoA carboxilasa
SREBP-1c
PKB
AMP
Acil-CoA
AMPK
cAMP
Insulina
Glucagón
Adrenalina
PKA
AcetilCoA
Acetil-CoA carboxilasa - Regulación
Citrato
Malonil-CoA
Activa
Inhibe
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En los mamíferos, AGS es una enzima dimérica (272 kDa c/u), multifuncional que cataliza la síntesis de ácido palmítico.
La AGS contiene siete actividades enzimáticas, más un dominio transportador de acilo (ACP: acyl carrier protein), que contiene fosfopanteteína como grupo prostético.
Los átomos de C omega y omega-1 los aporta acetil-CoA (molécula iniciadora). 
Se describen otros iniciadores: propionil-CoA (ácidos grasos de C impar) y metilmalonil-CoA.
Los siguientes átomos de carbono se incorporan de dos en dos, a partir de malonil-CoA.
Acido graso sintasa (AGS)
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Acido graso sintasa (AGS)
ACP vs CoASH
Grupo prostético fosfopanteteína de ACP
Resto de fosfopanteteína de CoASH
Cisteamina
Cisteamina
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Acido graso sintasa (AGS) - Estructura
Dominio I
Dominio II
Dominio III
Región interdominio 
Panteteina
Dimerización
Palmitato
Palmitato
Acetil-CoA
Malonil-CoA
Acetil-CoA
Malonil-CoA
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Acido graso sintasa (AGS) - Estructura
La enzima cuenta con un dominio de dimerización que permite organizar el dímero.
Esto acerca los restos sulfhidrilos (–SH) involucrados en la reacción.
	- Cys (Dominio I)
	- ACP (Dominio II/III)
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Acido graso sintasa (AGS) – Tipo de reacciones
Condensación 
Reducción – Deshidratación - Reducción
Las reacciones catalizadas por AGS son las siguientes:
1. Transferencia de acetilo de AcCoA a ACP (MAT)
2. Transferencia de acetilo desde ACP a Cys-SH (KS)
3. Transferencia de malonilo de malonil-CoA a ACP (MAT)
4. Condensación de malonilo con acetilo y descarboxilación (KS), con formación de acetoacetil-ACP
5. Reducción del ß-cetoacil-ACP con NADPH (KR), y formación de ß-hidroxibutiroil-ACP
6. Deshidratación de ß-hidroxibutiroil-ACP (DH), y formación de α, ß-trans-butenoil-ACP 
7. Reducción de α, ß-trans-butenoil-ACP con NADPH (ER), y formación de butiril-ACP
8. Transferencia del resto de butirilo a Cys-SH
9. Repetición 6 veces de la secuencia de #3 a #8
10. Hidrólisis de palmitoil-ACP (TE)
Acido graso sintasa (AGS) - Reacciones
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1. Reacción catalizada por AGS
Acetil-CoA + 7 malonil-CoA + 14 NADPH + 7 H+ 
 
 palmitato + 7 CO2 + 14 NADP+ + 8 CoA + 6 H2O
Acido graso sintasa (AGS) - Estequiometría
2. Reacción de la síntesis de palmitato
8 Acetil-CoA + 14 NADPH + 7 ATP 
 
palmitato + 14NADP+ + 8CoA + 6H2O + 7 ADP + 7 Pi
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AGS – Mecanismo de condensación por KS
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AGS – Reacciones
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AGS Reacciones
AGS – Reacciones iniciales
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AGS Reacciones finales
Una vez producido el ß-cetoacil-ACP, las siguientes reacciones acontecen sobre el sustrato carbonado unido a ACP
Reducción con NADPH
Deshidratación
Reducción con NADPH
El resto acilo resultante (butirilo en la 1ra ronda) es transferido al residuo de Cys del dominio I de la unidad complementaria.
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AGS Reacciones finales
Después de 7 ciclos de reacción
Palmitoil tioesterasa (TE)
Butiril-ACP
Palmitoil-ACP
Palmitato
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Los eventos regulatorios más versátiles y rápidos operan sobre acetil-CoA carboxilasa.
Ácido graso sintasa, acetil-CoA carboxilasa y otras enzimas lipogénicas están sometidas a regulación génica por señales hormonales y disponibilidad energética y de sustratos.
Síntesis de ácidos grasos - Regulación
Acetil-CoA carboxilasa
Ácido graso sintasa
Otras enzimas lipogénicas
ChREBP
SREBP-1c
LRX
Glucosa
Glucagón
Baja CEC
AMPK
cAMP
Insulina
Glucagón
cAMP
PUFA
Intermedios glicolíticos
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En el retículo endoplásmico:
A partir de malonil-CoA
Desde el extremo carboxilo de acil-CoA
Actúa sobre ácidos saturados o insaturados
No altera la numeración omega de los insaturados
 
R–COCoA + HOOC–CH2–COCoA  
				R–CO–CH2–COCoA + CO2 + CoASH
 
R–CO–CH2–COCoA + 2 NADPH + 2 H+ 
				 R–CH2–CH2–COCoA + 2 NADP+
Síntesis de otros ácidos grasos - Elongación
Elongación mitocondrial de ácidos grasos
Transcurre a través de una secuencia inversa de la ß-oxidación, empleando Ac-CoA como molécula elongadora, y NADPH como reductor del último paso (en lugar de FADH2).
Como en la elongación microsomal, el ácido se alarga en 2 átomos de C en cada ciclo de elongación.
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Requiere oxígeno y una fuente de poder reductor NADH
Participan enzimas microsomales (RE):
	* citocromo b5 reductasa (flavoproteína), reducida por NADH
	* citocromo b5, reducido por la reductasa
	* desaturasa unida fuertemente a membrana, consume O2 y actúa sobre acil-CoA
Hay por lo menos 3desaturasas (9, 6 y 5), 
	* 9-desaturasa: estearil-CoA desaturasa, actúa sólo sobre acil-CoA saturados (Ejemplo: 16:0  16:1; 18:0  18:1)
	* 6-desaturasa y 5-desaturasa actúan sobre ácidos insaturados, dejando 3 C entre el grupo tioéster y el enlace doble más próximo. (Ejemplo: 18:2 (9, 12)  18:3 (6, 9, 12))
Síntesis de otros ácidos grasos - Desaturación
Síntesis de otros ácidos grasos - Desaturación
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Síntesis de otros ácidos grasos - Desaturación
La desaturación disminuye con la inanición, y aumenta con el consumo de hidratos de carbono.
Ocurre en los peroxisomas
Se acortan ácidos graso en 2 C
Participa en la síntesis de ácidos grasos superiores poliinsaturados, como DPA y DHA.
Ejemplo: 24:5 (6, 9,12,15,18)  22:5 (4, 7,10,13,16) 
Síntesis de otros ácidos grasos - Retroconversión
Síntesis de otros ácidos grasos poliinsaturados
Los procesos de elongación, insaturación y retroconversión no alteran la numeración omega de los ácidos grasos, que conservan la del ácido graso precursor.
Esto se debe a que la elongación se realiza a partir del C-1.
18:2 (9,12)  20:4 (5,8,11,14) (ω-6)
18:2 (9,12)  22:5 (4,7,10,13,16) (ω-6)
18:3 (9,12,15)  22:6 (4,7,10,13,16,19) (ω-3)
Síntesis de DPA 22:5 (-6)
18:2 (9,12) 		 18:3 (6,9,12) (6-desaturasa)
18:3 (6,9,12) 	 20:3 (8,11,14) (elongación)
20:3 (8,11,14) 	 20:4 (5,8,11,14) (5-desaturasa)
20:4 (5,8,11,14) 	 22:4 (7,10,13,16) (elongación)
22:4 (7,10,13,16) 	 24:4 (9,12,15,18) (elongación)
24:4 (9,12,15,18) 	 24:5 (6,9,12,15,18) (6-desaturasa)
24:5 (6, 9,12,15,18)  22:5 (4, 7,10,13,16) (retroconversión)
 
Aporte insuficiente de ácidos grasos poliinsaturados (PUFA) produce acumulación de ácido eicosatrienoico -9 [20:3 (11)]
 16:0  18:0  18:1 (9)  18:2 (6,9)  20:2 (8,11)  20:3 (5,8,11)
Síntesis de otros ácidos grasos poliinsaturados
Los principales destinos sintéticos de los ácidos grasos son:
La formación de triacilgliceroles
La producción de lípidos de membrana
Los triacilgliceroles se constituyen de novo con tres moléculas de acil-CoA de cadena larga y un esqueleto de 3 átomos de carbono, que puede ser:
Dihidroxiacetona fosfato (adipocitos).
Glicerol-3-fosfato (hepatocitos)
En los enterocitos se resintetizan a partir de 2-monoacilglicerol (2-MAG), procedente de los TAG de la dieta.
Síntesis de triacilgliceroles (TAG)
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Síntesis hepática.
En los hepatocitos se expresa glicerol quinasa, que cataliza la reacción:
Glicerol + ATP  Glicerol-3-P + ADP
La esterificación de glicerol-3-P con acil-CoA y catálisis de acil-transferasa, rinde sucesivamente:
1-acil-glicerol-3-P o ácido lisofosfatídico
1,2-diacil-glicerol-3-P o ácido fosfatídico (fosfatidato)
La enzima fosfatidato fosfatasa hidroliza el fosfato en C-3 y genera diacilglicerol.
Diacilglicerol se esterifica con acil-CoA para producir triacilglicerol.
Síntesis de triacilgliceroles
Síntesis en adipocitos.
En los adipocitos el esqueleto C-3 procede principalmente de dihidroxiacetona fosfato (DHAP) que se esterifica en C-1 y rinde 1-acil-dihidroxiacetona-P, por catálisis de acil-transferasa:
DHAP + acil-CoA  acil-dihidroxiacetona-P + CoA
La reducción del C-2 con NADPH y acil-DHAP reductasa:
1-acil-glicerol-3-P o ácido lisofosfatídico
A partir de aquí la secuencia es idéntica a la que ocurre en los hepatocitos (esterificación, hidrólisis de éster fosfórico, esterificación en C-3) para producir triacilglicerol.
Síntesis de triacilgliceroles
Síntesis de triacilgliceroles
Glucosa
Glicólisis
Glicerol
Glicerol quinasa
ATP ADP
TAG (dieta)
Digestión
H2O Ac.grasos
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Síntesis de triacilgliceroles – Reacciones iniciales
Adipocitos
Hepatocitos
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Enzima crítica para derivar fosfatidato a síntesis de TAG o de glícero- fosfolípidos
Síntesis de triacilgliceroles
 
Reacciones finales
Fosfatidato es el precursor común de TAG y glícerofosfolípidos
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Síntesis de triacilgliceroles
 
Reacciones finales
Diacilglicerol
Triacilglicerol
diacilglicerol aciltransferasa
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Lipólisis y lipogénesis
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Lipólisis y lipogénesis - Hepatocitos
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Lipólisis y lipogénesis - Adipocitos
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7.4 Síntesis de ácidos grasos y TAG
Fin de la presentación 7.4
 - Síntesis de palmitato
Elongación, desaturación y retroconversión de ácidos grasos
Síntesis de triacilgliceroles
Lipólisis y lipogénesis: resumen
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