Unidad 5 Metabolismo de Lípidos

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Metabolismo de Lípidos
Los lípidos
• Grupo heterogéneo de sustancias que comparten la propiedad 
común de ser solubles en solventes no polares (metanol, 
cloroformo) y relativamente insolubles en agua.
• Los lípidos en procariotas se encuentran mayormente en las 
estructuras de superficie (m.citoplasmática, m. externa de gram (-), 
pared celular de micobacterias, pared celular de gram (+)).
• Tanto en procariotas como en eucariotas los lípidos más 
abundantes de las membranas son los fosfolípidos. Los ácidos 
grasos monoinsaturados y conteniendo anillos contribuyen a la 
flexibilidad y fluidez que posibilitan las modificaciones de forma 
que acompañan el crecimiento. Los ácidos grasos saturados 
muestran cambios de acuerdo a las condiciones del medio. 
También se observan hopanoides de función similar a los 
esteroles.
• En bacterias anaeróbicas se encuentran los plasmalógenos. 
Los plasmalógenos
• Los plasmalógenos son fosfoglicéridos en los que el 
glicerol fosfato tiene en el C1 un alcohol de cadena larga 
unido con enlace éter. Se presentan en bacterias 
anaeróbicas junto o en lugar de los fosfolípidos comunes
• Se les encuentra en: Bacteroides, Clostridium, 
Desulfovibrio, Propionibacterium, Ruminococcus, 
Selenomonas
• Se especula que cumplen un rol en la generación de 
mediadores lipídicos que están involucrados en la 
transducción de señales. Así también se les atribuye una 
función antioxidante.
Plasmalógenos
• Lipido (Eter)
Eter: R1-O-R2
Alkeno con enlace éter :CH2-O-CH=CH-(CH2)n-CH3
• Producidos en bacterias anaeróbicas y en 
eucariotas principalmente a nivel de los 
peroxisomas
CH2-O-CH=CH-(CH2)n-CH3
CH-O-CO-(CH2)n-CH3
CH2-O-PO3-CH2-CH2-N(CH3) 3
(+)(-)
Ciclopropano
• Los ácidos grasos ciclopropano se forman a partir de los ác. grasos no 
saturados presentes en los fosfolípidos. 
• Esta modificación es frecuente al inicio de la fase estacionaria del 
crecimiento. La razón de este cambio puede estar explicada como una 
protección contra la oxidación o degradación química frecuente en esta 
etapa. 
• La sintasa de ciclopropano es inducida mediante la limitación de oxígeno 
abrupta y por la adición de nitrato o tiosulfato al medio. Aunque el rol preciso 
de los ciclopropano no está bien entendido, existe una considerable 
evidencia que sugiere un rol de éstos en la patogenicidad de M. 
tuberculosis y Helicobacter pylori.
Los ácidos grasos ciclopropano se sintetizan a partir de los acidos 
grasos no saturados. La posición no saturada es convertida en anillo 
mediante la transferencia de un grupo metil de la adenosil metionina, 
catalizada por la ciclopropano sintasa. Esta enzima se enlaza a los 
fosfolípidos que contienen ac. grasos no saturados y forma 
ciclopropano en ambas caras de la bicapa. 
HOPANOIDES
DIPLOTENO, un hopanoide
(Zymomonas, Frankia, 
Streptomyces..)
COLESTEROL , un esterol
CICLOPROPANO
Catabolismo de los lípidos
• Acción de las lipasas
• Degradación de ácidos grasos
Microorganismos productores de lipasas
Bacterias
• Achromobacter
• Alcaligenes
• Arthrobacter
• Pseudomonas
• Staphylococcus
• Chromobacterium
Hongos
• Aspergillus niger
• Candida cylindraceae
• Mucor miehei
• Rhizopus arrhizus
• Rhizopus delemar
• Rhizopus japonicum
• Rhizopus oryzae
• Saccharomyces lipolytica
• Humicola lanuginosa
• Mucor pusillus
Lipasas microbianas de aplicación industrial
Propiedades de las lipasas
• Varían ampliamente en pH óptimo, 
termoestabilidad, especificidad y selectividad de 
acuerdo a la longitud de las cadenas de ácidos 
grasos que hidrolizan o que utilizan para 
esterificación.
• Catalizan las reacciones:
– Hidrólisis/síntesis de enlace éster
– Transesterificación
– Aminólisis
• 1) Hidrólisis/síntesis de enlace éster
R- COOR’ + H2O R-COOH + R’-OH
R-COOH + R’-OH R-COOR’ + H2O 
• 2) Transterificación
Por acidólisis: 
Ra-COOR’ + Rb-COOH Rb-COOR’ + Ra-COOH
Por alcohólisis:
Ra-COOR’ + Rb-OH Rb-COOR’ + Ra-OH
Por intercambio éster
Ra-COOR’a + Rb-COOR’b Ra-COOR’b + Rb-COOR’a
• 3) Aminólisis
RCOORa + Rb-NH2 R-CONH-Rb + Ra-OH
Reacción de transesterificación aplicada a la producción de Biodiesel
Degradación de 
ácidos grasos
Se producen sucesivas oxidaciones en el 
carbono β, que van separando fragmentos de 
dos carbonos en forma de acetil-CoA, los 
mismos que se incorporarán después al ciclo 
de Krebs.
Utilización de ácidos grasos exógenos de cadena 
larga y de cadena corta en bacterias
Degradación de ácidos grasos exógenos no 
saturados
Síntesis de Lípidos
• Síntesis de ácidos grasos saturados
• Síntesis de ácidos grasos no saturados
• Síntesis de fosfolípidos
• Síntesis de isoprenoides , esteroles y 
esteroides
• Síntesis de lípidos de arqueobacterias
Los ácidos grasos 
• Son moléculas no polares de una longitud promedio de 16 a 18 
carbonos en bacterias. El más abundante es el ácido palmítico 
(C16),le sigue el esteárico (C18) mirístico (C14) y láurico (C12)
• Pueden ser saturados , monoinsaturados, ramificados , 
hidroxilados , metilados o conteniendo ciclopropano
• Las bacterias gram positivas son mas ricas en ácidos grasos de 
cadenas ramificadas que las gram negativas ...(?)
• No ocurren de manera libre en bacterias, se encuentran 
esterificados a otras moléculas: a) a derivados glicerolfosfato 
(fosfolípidos), b) a carbohidratos (lipido A) c) a proteinas 
(lipoproteína)
• Los ac.grasos no saturados y los ramificados otorgan mayor 
fluidez a las membranas
• El tipo de ácido graso que esté presente en la célula estará 
influenciado por las condiciones de crecimiento del cultivo 
(composición del medio, tenor de oxígeno, temperatura, edad del 
cultivo).
Distribución de los ácidos grasos
• Los cultivos jóvenes tienen grandes cantidades de ácidos grasos C16 
y C18 monoenoicos y sólo pequeñas cantidades de ácidos grasos con 
anillos ciclopropano, los mismos que aumentan en la ultima etapa del 
crecimiento exponencial a expensas de los ácidos grasos no 
saturados.
• En S. aureus cerca del 5% de los ácidos grasos totales son 
insaturados cuando el microorganismo crece en medio mínimo, 
incrementando hasta el 30% cuando crece en medio rico. En aireación 
S.aureus tiene menos porcentaje de ácidos grasos saturados.
• Grandes cantidades de acidos grasos de cadenas ramificadas se 
presentan en Bacillus, Staphylococcus, Corynebacterium, 
Mycobacterium, Pseudomonas y Spirochaeta.
• Muchos ácidos grasos poco comunes, están presentes en pequeñas 
cantidades. Äcidos grasos ramificados, hidroxilados y ciclopropanos 
están presentes en muchos microorganismos. El ácido corinolico 
(dihidroxi ácido graso ramificado con 52 C) y el ácido micólico 
(dihidroxi ácido graso ramificado con 87-88C) son ejemplos de ácidos 
grasos únicos en Corynebacterium y Mycobacterium, respectivamente
Síntesis de Ac. Grasos
Síntesis de Ac. 
grasos
Biotin Carboxyl 
Carrier Protein
Complejo Acetil CoA Carboxilasa
(2) (3)
(1)
Reducción
Reducción
Condensación
Deshidratación
Síntesis de ácidos grasos no saturados
• Se forman por dos vías: Vía Anaeróbica
Vía Aeróbica
Vía Anaeróbica: restringida a procariotas 
(Clostridium, Lactobacillus, E.coli, bact. de 
fotosíntesis).
Vía Aeróbica: Bacillus, Mycobacterium, 
Corynebacterium, Micrococcus y 
eucariotas.
Sintesis de ácidos grasos no saturados 
(cont..)
• Vía anaerobia: Una deshidrasa desatura un 
hidroxiacil ACP de 10 carbonos hasta trans-α, β-
decenoil-ACP que es isomerizado hasta cis-β-γ-
ACP. Este derivado no es sustrato de la enoil 
reductasa y puede elongarse. Ejm: Ac. 
palmitoleico y Ac. vaccénico
• Vía aerobia: Una desaturasa introduce un doble 
enlace en un derivado ac. graso acil-ACP en 
presencia de O2 y NADPH. Ejm: Ac. oleico. 
16 palmitoil-ACP 16 palmitoleoil-ACP
Cis vaccenoil - ACP
Diagrama de la estructura molecular de distintos ácidos 
grasos
Ácidos grasos 
saturados
Ácido graso cis-
insaturadoÁcido graso trans-
insaturado
Lista de grupos acil activados por la coenzima A
Acetil-CoA 
Propionil-CoA 
Acetoacetil-CoA 
Cumaril-CoA (en la síntesis de flavonoides) 
Acil derivados de los ácidos dicarboxílicos 
Malonil-CoA 
Succinil-CoA 
Hidroximetilglutaril-CoA (en la síntesis de isoprenoides) 
Pimelil-CoA (en la síntesis de biotina) 
Butyryl CoA 
Síntesis de Coenzima A
La coenzima A is sintetizada en un proceso de 5 pasos desde 
pantotenato:
• El pantotenato es fosforilado a 4‘-fosfopantotenato por la enzima 
pantotenato quinasa. 
• Una cisteína es añadida al 4'-fosfopantotenato formando 4'-fosfo-N-
pantotenoilcisteína (PPC) 
• PPC es descarboxilada a 4'-fosfopanteteína por una fosfopanteteína 
descarboxilasa 
• La 4‘-fosfopanteteína es adenilada para formar defosfo-CoA.
• Finalmente la defosfo-CoA es fosforilada utilizando ATP hasta 
coenzima A.
Punto 
de 
control
Inhibidores de la síntesis de ácidos 
grasos
• Cerulenina: Producto fúngico que ocasiona la 
inhibición irreversible de la sintasa I y II de 
beta ketoacil-ACP
• Tiolactomicina: Inhibe sintasa I,II y III de beta 
ketoacil-ACP por modificación covalente del 
sitio de unión del malonil-CoA. También 
puede inhibir la síntesis de ácido micólico.
• Triclosan ((2,4,4' –tricloro-2'-hidroxdifenil eter) : 
Inhibe la enoil-ACP reductasa.
Inhibidores de la síntesis de ac. grasos
FabA
:Hydroxydecanoyl
ACP deshidrasa
FabB: Ketoacyl-
ACP sintasa I 
FabD Malonyl-
CoA:ACP
transacylase
FabE Acetyl-CoA
carboxylase
FabF Ketoacyl-ACP 
sintasa II 
FabG Ketoacyl-ACP 
reductase
FabH Ketoacyl-ACP 
sintasa III
FabI trans-2-enoyl-
ACP reductasa
FabK Enoyl-ACP 
reductasa
Fosfolípidos de membrana
• PS Fosfatidilserina
• PE Fosfatidiletanolamina
• PC Fosfatidilcolina (= lecitina)
• PG Fosfatidilglicerol
• PI Fosfatidilinositol (hongos y algunas 
actinobacterias)
• DPG Difosfatidilglicerol (=Cardiolipina)
1.- G3P deshidrogenasa
2.- G3P aciltransferasa
3.- CDP diglicérido sintasa
4.- Fosfatidilserina sintasa
5.-Fosfatidilserina 
descarboxilasa
6.-PGP sintasa
7.- PGP fosfatasa
8.- CL sintasa
Síntesis de 
Fosfolípidos
Acilación del glicerol 3-P para formar el fosfoglicérido
La proteína periférica PlsX cataliza la formación de un (Acil-P) desde un acil-
ACP, y PlsY usa este intermediario para acilar el glicerol-3-P hasta 1-acil-glicerol-
3-P (también conocido como acido lisofosfatídico (LPA)). PlsB acila glicerol-3-P 
utilizando ya sea donadores acil-ACP o acil-CoA . PlsC transfiere un ácido graso 
a la posisión 2 del LPA para formar ácido fosfatídico (PA) el intermediario clave en 
la síntesis de todos los fosfolípidos de membrana.
Transferencia de grupos acil en la membrana
Tipos de ácidos grasos de los fosfolípidos 
de membrana
• Los ácidos grasos saturados de cadena recta (SFA) como el 
ac.palmítico (16:0), son lineales y empacan juntos eficientemente
produciendo una bicapa que tiene propiedades de baja
permeabilidad. 
• Los cis-UFA introducen una pronunciada curvatura en la cadena lo 
cual interrumpe el orden de la bicapa y resulta en una alta
permeabilidad.
• La composición de los ácidos grasos de cadena ramificada afecta la 
fluidez de la membrana debido al efecto disturbador que ocasiona el 
grupo metil en el empaque de la cadena acilada. Los ácidos grasos
anteiso promueven una mayor fluidez que los ácidos grasos iso
debido a que la ramificación con el metil se encuentra más al 
interior de la cadena. 
• Las bacterias que producen este tipo de ácidos grasos modifican su
tasa iso:anteiso en respuesta al estrés de temperatura y pH.
Precursores de la síntesis de ácidos grasos 
ramificados
2
3
Biosíntesis de ácidos grasos de cadena ramificada en B.subtilis
Cambios en la composición lipídica en la 
membrana bacteriana
• Cada grupo bacteriano responde al estrés 
de diferentes formas pero siempre 
actuando sobre la composición de los 
ácidos grasos de membrana. 
• Se han propuesto mecanismos tales como 
desaturación, ramificación, isomerización 
cis-trans, elongación de la cadena de 
ácidos grasos y formación de ciclo 
propano.
Síntesis de Plasmalógenos
Reacciones en resumen
Esqueleto = DHAP
• Acilación de C1 en el DHAP mediante residuos 
acil CoA o acil ACP
• Intercambio del alcohol por un grupo 
carboxílico en el C1
• Reducción mediante NADPH
• Acilación mediante un segundo acil CoA en C2
• Grupo funcional unido al fosfato del C3 
• Oxidación a alkeno via oxidasa de función mixta
Síntesis de 
Plasmalógenos
Sintesis de isoprenoides
• Están compuestos de unidades repetidas de isopentenil 
difosfato (IPP)
• IPP es un intermediario en la síntesis de esteroles y de los 
lípidos de arqueobacterias
• Isoprenoides de importancia en microorganismos:
Undecaprenol , Bactoprenol, Ubiquinona,Clorofila
Menaquinona, Plastoquinona, Carotenos, y
Esteroles
• Los esteroles están presentes en hongos y son raros en 
bacterias, las excepciones son los micoplasmas, 
Streptococcus pneumoniae y los microorganismos 
metanotróficos.
Síntesis del intermediario IPP
• Ruta del Mevalonato
Mycoplasma
Lactobacillus
Methanococcus
Methanobacterium
Pyrococcus
Archeoglobus
Streptomyces
Streptococcus pneumoniae
Staphylococcus aureus
• Ruta del Piruvato GAP
 En casi todas las eubacterias
 La mayoría de bacterias 
gram negativas
 Chlamydia, Aquifex, 
Scenedesmus,
Mycobacterium tuberculosis
No en bacterias
Ruta del Mevalonato (levaduras)
Esteroles identificados en cepas bacterianas
Wei JH, Yin X and Welander PV (2016) Sterol Synthesis in Diverse Bacteria. Front. Microbiol. 7:990.
Lovastatina, un hipolipidemiante de origen fúngico que inhibe la 
síntesis de colesterol .
Productores: Aspergillus terreus, Monascus ruber
Acción: Inhibición competitiva de la HMG reductasa
Ruta del Piruvato-GAP (vía alternativa para 
la producción de IPP en bacterias)
DXP = Deoxi-D-Xilulosa fosfato
MEP = 2C-metil D-eritritol 4P
IPP = Isopentenil pirofosfato
Sintesis de IPP: Ruta del Piruvato GAP 
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Non-mevalonate_pathway.svg
Reactantes Enzima Producto
Pyruvate and 
glyceraldehyde 3-
phosphate
DOXP synthase (Dxs)
1-Deoxy-D-xylulose 5-
phosphate (DOXP)
DOXP
DOXP reductase (Dxr, 
IspC)
2-C-methylerythritol 4-
phosphate (MEP)
MEP
4-diphosphocytidyl-2-
C-methyl-D-erythritol 
synthase (YgbP, IspD)
4-diphosphocytidyl-2-
C-methylerythritol
(CDP-ME)
CDP-ME
4-diphosphocytidyl-2-
C-methyl-D-erythritol 
kinase (YchB, IspE)
4-diphosphocytidyl-2-
C-methyl-D-erythritol 
2-phosphate (CDP-
MEP)
CDP-MEP
2-C-methyl-D-erythritol 
2,4-cyclodiphosphate 
synthase (YgbB, IspF)
2-C-methyl-D-erythritol 
2,4-
cyclopyrophosphate
(MEcPP)
MEcPP
HMB-PP synthase
(GcpE, IspG)
(E)-4-Hydroxy-3-
methyl-but-2-enyl 
pyrophosphate (HMB-
PP)
HMB-PP
HMB-PP reductase
(LytB, IspH)
IPP and DMAPP
http://en.wikipedia.org/wiki/Pyruvate
http://en.wikipedia.org/wiki/Glyceraldehyde_3-phosphate
http://en.wikipedia.org/wiki/DOXP_synthase
http://en.wikipedia.org/wiki/1-Deoxy-D-xylulose_5-phosphate
http://en.wikipedia.org/wiki/DOXP_reductase
http://en.wikipedia.org/wiki/2-C-methylerythritol_4-phosphate
http://en.wikipedia.org/wiki/4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol_synthase
http://en.wikipedia.org/wiki/4-diphosphocytidyl-2-C-methylerythritol
http://en.wikipedia.org/wiki/4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol_kinase
http://en.wikipedia.org/wiki/4-diphosphocytidyl-2-C-methyl-D-erythritol_2-phosphate
http://en.wikipedia.org/wiki/2-C-methyl-D-erythritol_2,4-cyclodiphosphate_synthase
http://en.wikipedia.org/wiki/2-C-methyl-D-erythritol_2,4-cyclopyrophosphate
http://en.wikipedia.org/wiki/HMB-PP_synthase
http://en.wikipedia.org/wiki/(E)-4-Hydroxy-3-methyl-but-2-enyl_pyrophosphate
http://en.wikipedia.org/wiki/HMB-PP_reductase
http://en.wikipedia.org/wiki/Isopentenyl_pyrophosphate
http://en.wikipedia.org/wiki/Dimethylallyl_pyrophosphate
• Casi todas las eubacterias con excepciónde S. 
aureus y otros gram positivos como Bacillus 
burgdorferi utilizan solo la vía del piruvato GAP 
para la síntesis de isoprenoides. 
• Esta ruta ha sido también demostrada en 
Chlamydia trachomatis, Aquifex aeolicus, 
Scenedesmus, M. tuberculosis, Synecocystis
Síntesis de Isoprenoides en 
bacterias
Lípidos en Arqueobacterias
Los lípidos de arqueobacterias poseen alcoholes de cadenas largas tipo 
isoprenoides que se enlazan al glicerol a través de enlaces éter.
Monocapas y 
bicapas de 
lípidos en 
Archaeas
Estructura del lipoglucan tetraéter de Thermoplasma 
acidophilum , archaea que carece de pared celular. Tiene 
una monocapa de lípidos en vez de bicapa. Azúcares 
manosa y glucosa asociados. Además Glicoproteínas.
Lípidos en Arqueobacterias
A. Diéteres con modificaciones 
en la cadena y con un anillo. 
Común en Euryarchaeota
B. Tetraéteres pueden contener 
hasta 8 anillos ciclopentano 
(caldarchaeol)
C.Lipidos de Crenarchaeotas 
con anillos ciclopentano y 
ciclohexano 
D.(Thaumarchaota)
Derivado de Calditol, un 
tetraéter encontrado en 
Sulfolobus
Síntesis de lípidos de Arqueobacterias
• El núcleo glicerol es sintetizado a través de 
glicerol 3-P, glicerol 1-P o DHAP. El alcohol es 
derivado del geranil-geranil pirofosfato 
(GGPP)sintetizado a partir de acetil CoA vía 
mevalonato. 
• El hidroxilo del C1 del glicerol-P reacciona con 
el GGPP desplazando el pirofosfato. Continúa 
una reducción de los doble enlace, la unión con 
un grupo polar y la formación de lípidos tetraéter 
si es el caso.
Bioconversiones microbianas a partir de 
esteroides
 Los esteroides pueden sufrir transformaciones químicas por 
acción microbiana aún cuando no sean sintetizados por éstos. 
Las reacciones incluyen oxidaciones, hidrólisis, reducciones, 
producción de ésteres.
 Varios procesos comerciales con esteroides utilizan 
microorganismos . Por ejemplo en la conversión de: 
 Progesterona en hidroxiprogesterona por Rhizopus nigricans.
 Componente S en cortisol por Curvularia lunata
 Cortisol en Prednisona por Arthrobacter simplex
 Progesterona en dihidrotestololactona por Cylindrocarpon 
radicola
 Diendiol en Triendiol (precursor de prednisona) por Septomyxa 
affinis
Un modelo de conversión del cortisol en un andrógeno a 
través de las bacterias de la flora intestinal
Bacterias que pueden degradar esteroides
• Corynebacterium, Mycobacterium, 
Streptomyces,
• Rhodococcus, Pseudomonas, Comamonas, 
Burkholderia,
• Chromobacterium , Schizophyllum, Arthrobacter, 
Brevibacterium 
• Stigmatella aurantiaca