UNIVERSITATEA DIN BUCURESTI CICLUL 1. LICENTA IN BIOCHIMIE Biochimie metabolica B
Catabolismul lipidelor endogene 1 In adipocite, lipaza hormon sensibila la catecolamine, glucagon, ACTH (camp) ATP E-OH Pi PKA PP TAG-triacilgliceroli AGL-acizi grasi liberi ADP E-O-P H2O TAG + 3 H2O Glicerol + 3 AGL In stare de inanitie E-OH E-O-P AGL degradare pt sinteza de ATP (muschi scheletici, Acetil CoA cord) corpi cetonici (ficat) pt alimentare creier Glicerolul intra in gluconeogeneza ATP NAD+ Glicerol Glicerol 3-P DHAP Glucoza
β-oxidarea acizilor grasi cale catabolica majora 2 1904 Franz Knoop caini hraniti cu derivati ai acizilor grasi care au in pozitia ω un radical fenil in urina se detecteaza fenil acetat - β-oxidare 1949 Eugene Kennedy si Albert Lehninger AG sunt oxidati in mitocondrie 1) Activarea AG are loc in membrana externa a membranei mitocondriale R-COOH + ATP + CoASH acid gras CoA sintetaze R-CO~SCoA + AMP + PP 2 Pi pirofosfataza
2 etape distincte: R-COOH + ATP R-CO~AMP + CoASH R-CO~AMP + PP R-CO~SCoA + AMP 3 Hidroliza PP de catre pirofosfataza confera reactiei 1 un caracter ireversibil! Exista 3 acil gras CoA sintetaze cu specificitati diferite fata de lungimea catenei Transportul acizilor grasi activati in mitocondrie AG sunt activati pe membrana externa si oxidati in matricea mitocondriala AG activati (R-CO~SCoA) cu catena lunga nu traverseaza membr.mit.interna Transportul necesita prezenta unui sistem de transport special: Carnitina (4-trimetil amino 3-hidroxi-butirat) Carnitin acil transferaza (CAT) Transportor (translocaza)
4 2 izoenzime: CAT -1 legata la membr mit externa, catalizeaza acilarea carnitinei CAT-2 din matricea mitocondriala, catalizeaza dezacilarea Acil-carnitinei Un defect genetic la nivelul CAT sau translocazei, o deficienta in carnitina gasit la gemeni identici (dureri, crampe musculare din primele zile de viata; durerile cresc in stare de inanitie, dupa un exercitiu fizic sustinut sau in cazul unei diete bogate in grasimi). Normale: glicoliza, glicogenoliza, lipoliza TAG. Lipseste acid gras CoA sintetaza activa fata de AG cu catena medie
5 CAT 1 CAT 2
Acyl CoA H H Dehydrogenase H R-CH 2 -C-C-COSCoA R-CH 2 -C=C-COSCoA O H H β-ketoacyl CoA H R-CH 2 -C-C-COSCoA CoASH H Thiolase R-CH 2 -C-SCoA CH 3 -C-SCoA + O O FAD FADH 2 H trans-δ 2 -enoyl CoA 5 L-β-Hydroxyacyl CoA Dehydrogenase NADH + H + NAD + 2 H H HO H H 2 O 3 Enoyl CoA Hydratase R-CH 2 -C-C-COSCoA 4 L-β-Hydroxyacyl CoA Urmeaza o noua runda de β-oxidare Reactiile 2-5 au loc in mitocondrii R-CH2-CH2-CH2-COSCoA FAD NAD+ CoASH R-CH2-COSCoA FADH2 NADH CH3CO~SCOA CH 3 CH 2 --CH 2 CH 2 --CH 2 CH 2 --CH 2 CH 2 --CH 2 CH 2 --CH 2 CH 2 --CH 2 CH 2 --CH 2 COSCoA 7 cicluri de β-oxidare 8 CH3COSCoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+ 6
Acil gras CoA Dehidrogenaza 7 Echivalentii de reducere de la FADH2 alimenteaza CTEM: R-CH2-CH2-SCoA E-FAD EFT-FADH2 Fe3+-S QH2 R-CH=CH-SCoA E-FADH2 EFT-FAD Fe2+-S Q ETF-FAD electron transfering protein ETF:ubichinona reductaza Genereaza 2 moli ATP la reoxidare 3 izoenzime: short (4-6 C).; medium (4-14). si long (12-18 C) chain acyl CoA dehydrogenases Tetramer A4, MMA 43 kda, 1 FAD/monomer Sudden infant death syndrome lipseste medium chain acyl CoA dehydrogenase
Enoil CoA hidrataza transforma stereospecific: trans-δ2-enoil L-3-hidroxi- dar si cis-δ2-enoil D-3-hidroxi- 8 3-L-hidroxiacil gras dehidrogenaza Strict specifica pentru L-3-hidroxi- Intra in CTEM genereaza 3 ATP Bilant Palmitat + 7 FAD + 7 NAD+ +7 H2O + 7 CoASH 8 Acetil CoA + 7 FADH2 + 7 NADH Ciclul Krebs 8 12= 96 moli ATP 96 + 14 + 21 = 131 moli ATP 7 2= 14 moli ATP 7 3= 21 moli ATP CTEM Se scad 2 legaturi macroergice consumate in reactia 1 129 moli ATP η = (129 7,3)/2340 100 = 40 %
β-oxidarea acizilor grasi nesaturati 9 Ex.1. β-oxidarea acidului palmitoleic 16:1 Δ9cis 10 9 CH3-(CH2)5-CH=CH-(CH2)7-CO~SCoA 4 5 3 runde β-oxidare CH3-(CH2)5-CH=CH-CH2-CO~SCoA cis-δ3-enoil SCoA Enoil CoA izomeraza 4 3 CH3-(CH2)5-CH2-CH=CH-CO~SCoA trans-δ2-enoil SCoA cis -trans Deplare dubla legatura β-oxidare normala
Ex.2. β-oxidarea acidului 18:2 Δ6,9 all cis octadecadienoic 10 10 9 8 7 6 CH3-(CH2)7-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)4-CO~SCoA 2 runde β-oxidare 3 2 CH3-(CH2)7-CH=CH-CH2-CH=CH-CO~SCoA Enoil CoA hidrataza CH3-(CH2)7-CH=CH-CH2-CH-CH2-CO~SCoA OH 3-D-hidroxi-enoil CoA Epimeraza 3-L-hidroxi-enoil CoA β-oxidare normala
Cai minore de oxidare a acizilor grasi 11 β-oxidarea AG cu numar impar de atomi de carbon Unele plante, organisme marine exista AG cu nr impar de C sufera β-oxidare in final rezultand propionil CoA care intra in ciclul Krebs. β-oxidarea peroxizomala Acid gras CoA + O2 acid gras CoA oxidaza (FAD) trans-δ2-enoil CoA + H2O2 Trans-Δ2-enoil CoA hidrataza 3-L-hidroxi acil CoA dehidrogenaza 3-oxoacil CoA Enzima difunctionala 3-oxoacil CoA + CoASH β-tiolaza peroxizomala Inactiva fata de AG < 8C Faciliteaza β-oxidarea mitocondriala, principial ca in mitocondrie, dar cu enzime diferite; fara a fi necesara o translocaza, AG difuzeaza liber in peroxizomi; H2O2 este descompus de catalaza
α-oxidarea la animale 12 Hidroxilare la Cα, in RE si mitocondrii, implica o oxidaza cu functie mixta, O2, NADPH si cit P450 CH3-(CH2)n-CH2-COOH CH3-(CH2)n-CH-COOH CH3-(CH2)n-C-COOH OH O α-oxidarea la plante, seminte germinate CH3-(CH2)-COOH + CO2 R-CH2-CH2-COOH 13-18 C acid gras peroxidaza R-CH2-CHO + CO2 NAD+ H2O2 H2O NADH E-FAD O2 E-FADH2 R-CH2-COOH Acid gras Cn-1 R-CH2-CH2-OH Alcool gras plante ceruite
Ω-oxidarea Procesul are loc în peroxizomi CH3(CH2)n -C00H CH2(CH2)n- C00H H00C- (CH2)n- C00H 0H - apare in RE al multor tesuturi, sub actiunea oxidazei cu funcţie mixta care necesita 02, NADPH si citp45o se formeaza acid adipic sau acid succinic. 13
UNIVERSITATEA DIN BUCURESTI CICLUL 1. LICENTA IN BIOCHIMIE Biochimie metabolica A
Corpii cetonici Acetoacetatul, 3-hidroxibutiratul, acetona Echivalenti energetici ai acizilor grasi, dar solubili in apa Sintetizati in matricea mitocondriala ficat si rinichi (intr-un grad mai mic) Surse de energie pentru cord, muschi scheletici, creier in stare de inanitie (lipsa de glucoza) 1
2
3
Reglari metabolice in diabet si inanitie Acizi grasi 1 2 Corpi cetonici Pir dehidrogenaza Acetil CoA 5 c.krebs glicoliza Piruvat Glucoza Pir carboxilaza 3 Oxalacetat activare inhibitie 4
5
Reactie totala 2 CH3-CO~SCoA + H 2 O CH 3 -CO-CH 2 -COOH acetoacetat 2 CoASH 6
2 izoenzime β-tiolaza una implicata in β-oxidare alta implicata in cetogeneza 2 izoenzime HMG-CoA sintaza in ficat - una in mitocondrie sinteza corpilor cetonici - una in citosol sinteza colesterolului β-hidroxi butirat dehidrogenaza - asociata cu membrana interna a mitocondriei Raportul [β-ho-butirat]/[acetoacetat] = din sangele care paraseste ficatul [NADH]/[NAD+] mitocondrial 7
HEPATOCIT 8 Mitocondrie Acizi grasi β-oxidare SINTEZA CORPI CETONICI β-ho-butirat ` Acetoacetat ` HMG-CoA ` Acetoacetil CoA ` Acetil CoA Ciclul Krebs Citosol SINTEZA COLESTEROL GLUCONEOGENEZA Glucoza Colesterol ` HMG-CoA ` Acetoacetil CoA ` Acetil CoA AmAcizi SINTEZA AC GRASI Acizi grasi ` Malonil CoA
Concept vechi corpii cetonici sunt deseuri metabolice 9 Concept actual corpii cetonici sunt combustibili metabolici, solubili in apa, trec bariera sange-creier, au valoare energetic similara acizilor grasi -produsi in special de ficat, difuzeaza in sange, transportati la tesuturi extra-hepatice, utilizati de creier in lipsa glucozei (inanitie) si a insulinei (diabet) Ficatul nu poate utiliza corpii cetonici, nu are CoA transferaza! Acetoacetat CoA transferaza Acetoacetil CoA β-tiolaza 2 AcetilCoA Krebs succinil CoA succinat ATP GDP + P succinil CoA sintetaza GTP + CoASH ciclul Krebs
10 Concentratii ale corpilor cetonici in sange < 0,2 mm normal 3-5 mm inanitie 20 mm diabet
Sinteza acizilor grasi 11 FAD mitocondrie citosol Mamifere acid gras sintaza Procariote enzime independente NADPH β-ho-l NAD+ β-ho-d NADPH CoA-SH ACP-SH 2 C - acetil 2 C malonil
12 Acil coenzima A Acyl carrier protein E.Coli 8,86 kda 77 aminoacizi
1) Carboxilarea acetil CoA catalizata de acetil CoA carboxilaza 13 CH3-CO~SCoA + HCO3 + ATP OOC-CH2-CO~SCoA + ADP +P La E.coli 1.Biotin carboxilaza 2.Transcarbomilaza 3.Proteina carrier a biotinei 1 E-biotina + HCO3 +ATP E-carboxi-biotina + ADP + P1 2 E-carboxi-biotina +acetil CoA Malonil CoA + E-biotina
Urmatoarele reactii au loc sub actiunea complexului AG sintazei 14 2.Formarea acetil SACP catalizata de acetil transacilaza (E1) Acetil~SCoA + ACP-SH Acetil~SACP + CoASH 3.Formarea malonil SACP catalizata de malonil transacilaza (E2) Malonil~SCoA + ACP-SH Malonil~SACP + CoASH 4. Condensarea acetil si malonil SACP 3-oxoacil ACP sintaza (E3) CH 3 -CO~SACP + OOC-CH 2 -CO~SACP CH 3 -CO-CH 2 -CO~SACP Acetil SACP Malonil SACP 3-oxoacil (acetoacetil) ACP + CO 2 + ACP-SH 5. Reducerea 3-oxoacil ACP 3-oxoacil ACP reductaza (E4) CH 3 -CO-CH 2 -CO~SACP + NADPH CH 3 -CH(OH)-CH 2 -CO~SACP +NADP+ 3-D-hidroxiacil ACP
6. Dezhidratare - 3-D-hidroxiacil ACP dehidraza (E5) 15 CH3-CH(OH)-CH2-CO~SACP CH3-CH=CH-CO~SACP Δ2-trans-enoil (crotonil) ACP 7. Reducerea - Δ2-trans-enoil ACP reductaza (E6) CH3-CH=CH-CO~SACP + NADPH CH3-CH2-CH2-CO~SACP+NADP + Reactiile 3-7 se repeta de 6 ori Acetil SACP + 7 Malonil SACP + 14 NADPH+14H+ Palmitoil SACP + +7CO2 + 14 NADP+ 8. Hidroliza palmitoil SACP palmitoil tioesteraza (E7) Palmitoil SACP + H2O Palmitat + ACP-SH
Reactie totala: 16 8 Acetil CoA + 7 ATP + 14 NADPH+14 H+ Palmitat + 8 CoASH + 7 (ADP+Pi) + 14 NADP+ Complexul acid gras sintazei Drojdie 2400 kda α6β6 Catena α: ACP, E3, E4 Catena β: E1, E2, E5, E6 Mamifere 260 kda α2 Fiecare catena α pliata in 3 domenii Unitatea de intrare a substratelor si de condensare: E1, E2, E3 Unitatea de reducere: E4, E5, E6, ACP Unitatea de eliberare a palmitatului
E1 E3 E2 E5 E6 E4 E7 17
18 Gr. Fosfopantetenil 20 Å flexibila contacteaza toate situsurile active si toate substratele
Substratele sintezei acizilor grasi 19 ATP CO2 8 moli Acetil CoA 8 moli Acetil CoA 6 moli NADPH provin din suntul pentozo fosfatilor 8 moli NADPH
Reglarea sintezei acizilor grasi 20 activa E-OH Inactiva E-P Palmitoil CoA Partial activa a) Reglarea la nivelul acetil CoA carboxilazei
Acetil CoA + - Malonil CoA 21 Citrat insulina Glucagon,epinefrina, AMP, palmitoil CoA Fosforilarea E-OH catalizata de o protein kinaza diferita de PKA Inanitie Glucagon, epinefrina PKA PPP-2A E-P inactiva nu are loc sinteza AG fosforileaza si inhiba Insulina fosforileaza PPP-2A la alt situs o activeaza E-OH stimuleaza sinteza AG Exista multi modulatori alosterici
b) Intrarea acil CoA in matricea mitocondriala 22 citosol β-oxidare R-COOH sinteza Acetil CoA R-CO-SCoA Malonil CoA Membrana interna CAT 1 - mitocondrie d R-CO-SCoA c [NADPH] mari inhiba 3-HO-D-acil dehidrogenaza [acetil CoA] mari inhiba β-tiolaza Control long term animale infometate, cu o dieta bogata in glucide, cu o dieta saraca in lipide creste nivelul acetil CoA carboxilazei si a acid gras sintazei
23
Elongarea si nesaturarea acizilor grasi 24 Produsul acid gras sintazei acidul palmitic Sinteza AG mai lungi, la eucariote are loc in RE (major) si in mitocondrii In RE enzime separate donorul de unitati cu 2 C malonil CoA reactii similare cu cele din citosol
Desaturarea acizilor grasi se realizeaza prin intermediul unei CTE desaturante: Diferite combinatii de reactii de alungire si nesaturare pot genera o varietate de acizi grasi nesaturati 25