Biosintesi Acidi Grassi PDF

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Riassunto dettagliato della biosintesi di acidi grassi per biochimica generale...

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BIOSINTESI DEGLI ACIDI GRASSI L'intermedio a tre atomi di carbonio il malonil-CoA partecipa alla biosintesi degli acidi grassi, ma non entra nella via degradativa. La formazione del malonil-CoA dall'acetil-CoA è un processo irreversibile, catalizzato dalla acetilCoA carbossilasi. L’acetil-CoA carbossilasi contiene come gruppo prostetico la biotina. La reazione, che avviene in due tappe, è molto simile alle altre reazioni di carbossilazione biotina-dipendenti. Il gruppo carbossilico, che deriva dal bicarbonato (HC03), viene prima trasferito alla biotina in una reazione che richiede ATP. La biotina serve come trasportatore temporaneo della C02, che nella seconda tappa viene trasferita all'acetil-CoA, che produce malonil-CoA. In tutti gli organismi le lunghe catene carboniose degli acidi grassi vengono sintetizzate mediante una sequenza di quattro tappe che si ripetono, catalizzate da un sistema multienzimatico (FAS), chiamato acido grasso sintasi. Un gruppo acilico saturo, prodotto da una serie di quattro reazioni, diventa il substrato della successiva condensazione con un gruppo malonilico attivato. In ogni passaggio la catena dell'acido grasso si allunga di due atomi di carbonio. Esistono due principali varianti di acido grasso sintasi: la acido grasso sintasi I (FASI), che si trova nei vertebrati e nei funghi, e la acido grasso sintasi II (FAS II), che si trova nelle piante e nei batteri. La FASI dei vertebrati consiste di una singola catena polipeptidica multifunzionale. Il prototipo è la FAS I dei mammiferi, che ha sette differenti domini, ognuno con un sito attivo per sette reazioni separate. Quando la lunghezza della catena carboniosa sintetizzata raggiunge i 16 atomi di carbonio, il prodotto ultimo (il palmitato) abbandona il ciclo. Gli atomi di carbonio C-16 e C-15 del palmitato derivano rispettivamente dal metile e dal carbonio carbossilico dell'acetil-CoA utilizzato direttamente per dare inizio alla biosintesi; gli altri atomi di carbonio della catena derivano dall'acetil-CoA, attraverso la formazione di malonil-CoA. Durante la sintesi degli acidi grassi, gli intermedi rimangono legati covalentemente come tioesteri a uno dei due gruppi tiolici. Uno è il gruppo -SH di un residuo di cisteina di uno dei domini della sintasi; l’altro è il gruppo -SH della proteina trasportatrice di acili, un dominio separato dello stesso polipeptide. La proteina trasportatrice di acili (ACP) è la "navetta", che mantiene unito il sistema. L’ACP è una piccola proteina che contiene il gruppo prostetico 4' -fosfopanteteina che agisce come braccio flessibile: trattiene le catene di acido grasso in fase di allungamento sulla superficie del complesso dell'acido grasso sintasi, mentre trasferisce gli intermedi delle varie reazioni da un sito attivo all'altro. REAZIONI Prima che abbiano inizio le reazioni di condensazione che portano alla sintesi dell’acido grasso, avviene un trasferimento dei gruppi acilici del CoA al gruppo -SH della proteina trasportatrice di acili. Questa reazione è catalizzata dal dominio del polipeptide multifunzionale malonil/acetil-CoAACP trasferasi. Il gruppo acetilico viene quindi trasferito al gruppo Cys-SH della beta-chetoacilACP sintasi (KS). La prima reazione della via di biosintesi degli acidi grassi è una condensazione di Claisen che coinvolge i gruppi acetilici e malonilici attivati, con formazione dell’acetoacetil-ACP e allo stesso tempo si libera una molecola di CO2. Questa reazione è catalizzata dalla beta-chetoacil-ACP sintasi (KS), il gruppo acetilico viene trasferito dal gruppo Cys-SH dell'enzima al gruppo malonilico dell'-SH dell'ACP. L’atomo di carbonio della CO2 formata in questa reazione è lo stesso atomo di carbonio che era stato introdotto nella molecola del malonil-CoA durante la reazione dell’acetil-CoA con il bicarbonato, catalizzata dall'acetil-CoA carbossilasi. L’aceto-acetil-ACP formato nella tappa di condensazione subisce la riduzione del suo gruppo carbonilico presente sul C-3, trasformandosi in beta-idrossibutirril-ACP. Questa reazione è catalizzata dalla beta-chetoacil-ACP reduttasi (KR) e il donatore di elettroni è il NADPH. Nella terza tappa, dagli atomi di carbonio C2 e C-3 del beta-idrossibutirril-ACP viene rimossa

una molecola di acqua per formare un doppio legame nel prodotto, il trans-delta*2-butenoil-ACP. L’enzima che catalizza la reazione di deidratazione è la beta-idrossiacil-ACP deidratasi (DH). Il doppio legame del trans-delta*2-butenoil-ACP successivamente viene ridotto (saturato) producendo butirril-ACP da parte della enoil-ACP reduttasi (ER); anche in questa reazione il donatore di equivalenti riducenti è il NADPH. Le reazioni si ripetono fino alla formazione del prodotto ultimo: il palmitato. BIOSINTESI DEI TRIACILGLICEROLI E DEI FOSFOLIPIDI DI MEMBRANA La maggior parte degli acidi grassi sintetizzati o ingeriti da un organismo possono essere incorporati nei triacilgliceroli per la conservazione della loro energia metabolica, oppure vengono incorportati nei fosfolipidi, i componenti delle membrane. La scelta tra i due diversi destini a cui possono andare incontro gli acidi grassi dipende dalle necessità dell'organismo. Entrambe le vie partono dallo stesso punto: la formazione di esteri del glicerolo con acidi grassi. I triacilgliceroli e i glicerofosfolipidi, vengono prodotti a partire da due precursori (gli acil-CoA e l'L-glicerolo 3-fosfato) mediante una serie di reazioni enzimatiche. Il glicerolo 3-fosfato si forma per la maggior parte nel citosol a partire dal diidrossiacetone fosfato per azione della glicerolo 3fosfato deidrogenasi, una piccola quantità di glicerolo 3-fosfato si forma anche nel fegato e nel rene, dal glicerolo a opera della glicerolo chinasi. Gli altri precursori dei triacilgliceroli sono gli acil-CoA, che si formano dagli acidi grassi in una reazione catalizzata dall'acil-CoA sintetasi. La prima fase della biosintesi dei triacilgliceroli è l'acilazione di due gruppi ossidrilici liberi di Lglicerolo 3-fosfato con due molecole di acil-CoA per generare diacilglicerolo3-fosfato, ovvero acido fosfatidico o fosfatidato. Nella via che porta alla formazione di triacilgliceroli, il fosfatidato viene idrolizzato dalla fosfatidato fosfatasi per formare 1,2-diacilglicerolo. I diacilgliceroli possono essere convertiti poi in triacilgliceroli per transesterificazione con una terza molecola di acil-CoA. Per formare i glicerofosfolipidi invece la testa polare dei fosfolipidi viene legata tramite un legame fosfodiestere al diacilglicerolo, ciascuno dei due ossidrili alcolici (uno sulla testa polare e l'altro sul C3 del glicerolo) formano un estere con l'acido fosforico. Ci sono due strategie per la formazione del ponte fosfodiestere nei fosfolipidi, nel primo caso il diacilglicerolo viene attivato tramite la CDP (citidina difosfato); nel secondo caso la testa polare viene attivata con CDP. SINTESI DEL COLESTEROLO Il colesterolo si forma a partire dall'acetil-CoA, come gli acidi grassi a catena lunga, ma la sua strategia di costruzione è diversa da quella utilizzata per gli acidi grassi. La sintesi si svolge in quattro tappe, 1- condensazione di tre unità di acetato, per formare un intermedio a sei atomi di carbonio, il mevalonato; 2- conversione del mevalonato in unità isopreniche attivate; 3-polimerizzazione di unità isopreniche a cinque atomi di carbonio, per formare lo squalene e infine la ciclizzazione dello squalene per formare il nucleo steroideo a quattro anelli, da cui, attraverso una serie di altre modifiche si forma il colesterolo. La prima tappa della biosintesi del colesterolo produce l'intermedio mevalonato. Due molecole di acetil-CoA condensano formando acetoacetil-CoA che a sua volta reagisce con una terza molecola di acetil-CoA per generare il composto a sei atomi di carbonio beta-idrossi-beta-metilglutaril-CoA (HMG-CoA). Queste due prime reazioni sono catalizzate dalla acetil-CoA acetiltrasferasi e dalla HMG-CoA sintasi. La terza reazione è la riduzione dell'HMG-CoA a mevalonato, in cui due molecole di NADPH donano due elettroni ciascuna. Nella tappa successiva della sintesi del colesterolo, tre gruppi fosfato vengono trasferiti da tre molecole di ATP al mevalonato. ll gruppo fosfato legato al gruppo ossidrilico sul C-3 del mevalonato nell’intermedio 3-fosfo-5-pirofosfomevalonato è un buon gruppo uscente, questo gruppo fosfato e il gruppo carbossilico vicino vengono liberati generando un doppio legame nel prodotto a cinque atomi di carbonio, delta*3-isopentenil pirofolfato: la prima unità isoprenica attivata, necessaria per la sintesi del colesterolo.

L’isomerizzazione del delta*3-isopentenil pirofosfato genera una seconda unità isoprenica attivata, il dimetilallil pirofosfato. L’isopentenil pirofosfato e il dimetilallil pirofosfato vanno successivamente incontro a una condensazione, in cui, mentre si libera un gruppo pirofosfato, si forma una catena a 10 atomi di carbonio; il geranil pirofosfato. Il geranil pirofosfato subisce un'altra condensazione, in cui viene prodotto un intermedio a 15 atomi di carbonio, il farnesil pirofosfato. Infine, due molecole di farnesil pirofosfato si uniscono con l’eliminazione di entrambi i gruppi pirofosfato, formando lo squalene. Nell’ultima tappa la squalene monoossigenasi aggiunge un atomo di ossigeno prelevandolo dall'O2 all'estremità della molecola dello squalene, formando un epossido. Questo enzima è un'altra ossidasi a funzione mista, l'altro atomo della molecola di ossigeno viene ridotto ad acqua dal NADPH. I doppi legami del prodotto di questa reazione, lo squalene 2,3epossido, sono posizionati in modo tale che in una reazione concertata la struttura lineare dello squalene epossido viene trasformata in una struttura ciclica. La ciclizzazione porta alla formazione del lanosterolo, il quale dopo una serie di reazioni viene convertito in colesterolo....