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QUIMICA BIOLOGICA
Lic. en Biol. Molec. e Ing. en Alim.
•
BOLILLA 7 (Ing. en Alim.):Metabolismo de lípidos. Digestión y
absorción. Rol como nutrientes. Resíntesis intestinal de triglicéridos.
Transporte de lípidos. Rol de las lipoproteínas. Composición química y
funciones. Oxidación de ácidos grasos saturados. Carnitina.
Activación, beta oxidación, distintas etapas. Oxidación de los ácidos
grasos insaturados y con numero impar de átomos de carbono.
Balance energético. Formación de cuerpos cetónicos. Oxidación
peroxisómica de ácidos grasos. Biosíntesis de ácidos grasos
saturados. Acido graso sintetasa. Regulación. Síntesis de ácidos
grasos insaturados. Acidos grasos esenciales. Biosíntesis de
triglicéridos y fosfoglicéridos. Síntesis de colesterol: Generalidades. El
colesterol como precursor de otros compuestos de importancia
biológica.
•
BOLILLA 7 (Lic. en Biol. Molec.): METABOLISMO DE LIPIDOS.
Biosíntesis de ácidos grados saturados. Complejo multienzimático:
Acido graso sintetasa. Regulación hormonal. Requerimiento
energético. Elongación de los ácidos grasos. Desaturación de ácidos
grasos. Acidos grasos esenciales. Eicosanoides: Prostaglandinas.
Tromboxanos. Leucotrienos. Precursores. Generalidades de la
síntesis. Aspectos clínicos. Biosíntesis de triglicéridos y
fosfoglicéridos: precursores y enzimas. Metabolismo de colesterol.
Regulación. Excreción. Relación con procesos patológicos.
Biosíntesis y degradación de ácidos biliares. Funciones. Aspectos
clínicos. Integración del metabolismo de carbohidratos y lípidos.
METABOLISMO INTERMEDIO
Conjunto de
reacciones
químicas que
tienen lugar en
las células y
tejidos.
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Ácidos
biliares
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Funciones de los lípidos
• Fuente de reserva energética (Triglicéridos)
• Componentes de membranas (Fosfolípidos y
Colesterol)
• Reguladores Biológicos (hormonas esteroideas)
• Pigmentos (retinol, carotenos)
• Cofactores (vitamina K)
• Detergentes (ácidos biliares)
• Transportadores (dolicoles)
• Mensajeros celulares (eicosanoides, derivados de
fosfatidil inositol)
• Ancladores de proteínas
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• Cuando la ingesta de lípidos supera las necesidades
energéticas, el exceso se almacena como reserva en
forma de TG.
• Los restos de Acetil-CoA provenientes de la βoxidación y de la degradación de glucosa o de cadenas
carbonadas de algunos aminoácidos, pueden utilizarse
para sintetizar Acidos Grasos.
• Estos se incorporan al glicerol para ser almacenados
como Triglicéridos, o sintetizar Fosfolípidos.
• La síntesis de Ac. Grasos de hasta 16 C ocurre en el
citosol celular.
• La elongación de Ac. Grasos preexistentes se realiza
en el sistema microsomal del RE liso y, en menor
medida, en las mitocondrias.
Relación entre el Metabolismo de los H. de C. y
la Biosíntesis de Ácidos Grasos
Ácidos
grasos
Carbohidratos
GLICOLISIS
Piruvato
Acil-CoA
CITOSOL
Sintesis de
ácidos grasos
Piruvato
Acil-CoA
Acil- Carnitina
b-oxidación
Cuerpos
cetónicos
Acetil-CoA
Acetil-CoA
cetogénesis
Citrato
MITOCONDRIA
Citrato
Oxalacetato
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SINTESIS DE NOVO DE ACIDOS GRASOS
Los ac. grasos se sintetizan en el citosol a partir de acetil-CoA que se
produce en la mitocondria por lo tanto es necesario que estos últimos sean
transportados afuera de las mitocondrias.
Síntesis de
ácidos grasos
Citrato
sintasa
(CK)
Citrato
liasa
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Etapas de la Síntesis de Ac. Grasos
Comprende:
I) Formación de malonil-CoA por la
Acetil-CoA carboxilasa (ACC).
II) Reacciones catalizadas por el
complejo multienzimático de la
Ácido graso sintasa (AGS).
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I) Formación de malonil-CoA
• Es una carboxilación que requiere HCO3- como
fuente de CO2.
• Catalizada por Acetil-CoA carboxilasa que usa
biotina (vit B7) como coenzima.
• Es el principal sitio de regulación de la síntesis
de Acs. Grasos.
HCO3-
Biotina
carboxilasa
Transcarboxilasa
Biotina
carboxilasa
Transcarboxilasa
Mecanismo de Reacción de la
Acetil-CoA carboxilasa
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II) Reacciones de la Acido graso sintasa (AGS)
• Síntesis de ac. grasos de hasta 16 C.
• La AGS esta formada por 2 subunidades, cada una
con 3 dominios:
Dominio 1: ingreso de sustratos y unidad
de condensación. Contiene 3 enzimas:
- Acetil transferasa (AT)
- Malonil transferasa (MT)
- Enzima condensante (KS) con
un resto de cisteína (Cys-SH).
Dominio 2: unidad de reducción. Contiene
3 enzimas:
Una subunidad
de AGS
- Cetoacil reductasa (KR)
- Hidroxiacil deshidratasa (HD)
- Enoil reductasa (ER)
Posee la porción transportadora de acilos ACP.
Dominio 3: liberación de ácidos grasos.
Posee la enzima:
- Tioesterasa o Deacilasa.
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1- Transferencia de acetato.
Una molécula de Acetil-CoA
ingresa y la Acetil transferasa
(AT) transfiere el resto acetilo
al sitio activo de la enzima
condensante (KS) liberando la
CoA-SH.
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2-Transferencia de malonilo.
El Malonil-CoA
formado en la reacción
de la ACC, ingresa y se
une al residuo de
Fosfopanteteína de la
Proteína
Transportadora de
Acilos (ACP) por acción
de la Malonil
transferasa (MT)
liberando CoA-SH.
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3- Condensación de restos acetilo con malonilo
•El carboxilo libre del malonilo
se separa como CO2.
•Se produce la unión de acetilo y
malonilo catalizada por la enzima
condensante (KS) para formar βcetobutiril-ACP.
•Se libera el acetilo de la enzima
condensante.
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4- Primera reducción (reducción del grupo ceto).
El β-cetobutiril-ACP
formado se reduce a
hidroxi-butiril-ACP por
acción de la β-cetoacilACP reductasa (KR).
Los H necesarios para las
reducciones provienen de
NADPH que se forma en
la vía de las pentosas y,
en menor cantidad, en la
reacción catalizada por la
enzima málica.
δ β α
β
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5- Deshidratación
Se pierde una
molécula de agua
para formar el Δ2enoil-ACP, en la
reacción catalizada
por la 3-hidroxiacilACP deshidratasa
(HD).
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6- Segunda reducción
(saturación del enlace C-C)
El compuesto insaturado es
hidrogenado por acción de la
enoil-ACP reductasa (ER).
Los H necesarios para la
reduccion del doble enlace,
provienen del NADPH que se
genera en la vía de las
pentosas y, en menor
cantidad, por la enzima
málica.
Enoil-ACP
reductasa
NADPH+H+
NADP+
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7- Translocación
La cadena en elongación unida
al grupo fosfopanteteína de la
ACP es translocada al residuo
de cisteína de la enzima
condensante (KS).
Malonil-CoA
El grupo fosfopanteteína
queda libre para la unión al
siguiente malonilo,
comenzando un nuevo ciclo de
biosíntesis.
El ciclo se repite hasta llegar a
Palmitoil-ACP (16 C).
Butiril-EC
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Esquema Complejo AGS en animales
Acetil
Transacilasa
Cetoacil
sintasa
Hidratasa
Malonil
Transacilasa
Enoil
reductasa
Subunidad I

Cisteína

Tioesterasa
Cetoacil
reductasa
ACP
4´Fosfo
panteteína

SH
SH
SH
SH


4´Fosfo
panteteína
Cisteína


ACP
Cetoacil
reductasa

Subunidad II
Hidratasa
Enoil
reductasa
Malonil
Transacilasa
Acetil
Transacilasa
Cetoacil
sintasa
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Enzima
condensante
Enoil-ACP
reductasa
β-cetoacil-ACP
reductasa
C
I
T
O
S
O
L
Malonil-CoA
2do. ciclo
Hexanoil-ACP
5 Malonil-CoA
3ro.- 7mo. ciclo
Palmitoil-ACP
3-OH-acil-ACP
deshidratasa
H2O
Tioesterasa o
Deacilasa
Palmitato (16C) + ACP-SH
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Balance global de la síntesis de ácidos grasos
Para la síntesis del palmitato (C16) se requieren 7 ciclos de
elongación y la reacción neta sería:
Acetil-CoA + 7 Malonil-CoA + 14 NADPH + 14 H+ →
Palmitato (16C) + 7 CO2 + 14 NADP+ + 8 CoA-SH + 6 H2O
Teniendo en cuenta la reacción previa de activación por la que tiene
que pasar cada molécula de Acetil-CoA, a excepción de la primera,
7 Acetil-CoA + 7 CO2 + 7 ATP → 7 Malonil-CoA + 7 ADP + 7 Pi
El balance global será:
8 Acetil-CoA + 7 CO2 + 7 ATP + 14 NADPH + 14 H+ →
Palmitato (16C) + 8 CoA-SH + 7CO2 + 14 NADP+ 6 H2O + 7
ADP + 7 Pi
REGULACION DE LA BIOSINTESIS DE ACS. GRASOS
Insulina (+)
P
P
Pi
Fosfatasa
P
P
P
P
ACC fosforilada
monomérica
(inactiva)
Quinasa
ADP
ACC desfosforilada
polimérica, filamentosa
(activa)
ATP
Glucagón y Adrenalina (+)
REGULACION DE LA BIOSINTESIS DE ACS. GRASOS
- Regulacion de la ACC a nivel transcripcional (ADN-ARN)
La dieta actúa a nivel de la síntesis de la proteína enzimática por lo
que el efecto es tardío ó mediato.
Así por ejemplo:
• a) una dieta rica en hidratos de carbono y/o proteínas, supera las
necesidades energéticas de la célula, en consecuencia el acetil
CoA que se produce en la degradación de dichos compuestos se
utiliza para la síntesis.
• b) una dieta rica en ácidos grasos poliinsaturados (PUFAs) inhibe
la síntesis de la ACC y disminuye la formación de ácidos grasos.
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Elongación
Desaturación
Desaturación
Elongación
Desaturación
(Solo en plantas)
Acidos grasos
esenciales
Desaturación
(Solo en plantas)
Desaturación
Elongación
Desaturación
Síntesis de
Acs. Grasos
de cadena
más larga
(18C y más) y
de Acs.
Grasos
insaturados.
Elongación de Acs. Grasos
- Sistema microsomal (RE liso)
Tioesterasa
Palmitato + CoA-SH
Palmitoil-CoA
Elongasa
(palmitoil-CoA, 16C)
Reductasa
Reductasa
Deshidratasa
(estearoil-CoA, 18C)
Elongación de Acs. Grasos
- Sistema mitocondrial
deshidratasa
Síntesis de ácidos grasos insaturados
- Sistema de transporte electrónico en la membrana del RE liso
C16 palmitoil-CoA
C16 Δ9-palmitoleil-CoA
Δ9-desaturasa
Desaturación
Elongación
Desaturación
Elongación
Desaturación
(Solo en plantas)
Acidos grasos
esenciales
Desaturación
(Solo en plantas)
Desaturación
Elongación
Desaturación
Síntesis de
Acs. Grasos
de cadena
más larga
(18C y más) y
de Acs.
Grasos
insaturados.
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Funciones de los lípidos
• Fuente de reserva energética (Triglicéridos)
• Componentes de membranas (Fosfolípidos y
Colesterol)
• Reguladores Biológicos (hormonas esteroideas)
• Pigmentos (retinol, carotenos)
• Cofactores (vitamina K)
• Detergentes (ácidos biliares)
• Transportadores (dolicoles)
• Mensajeros celulares (eicosanoides, derivados de
fosfatidil inositol)
• Ancladores de proteínas
Biosíntesis de triglicéridos (Fraccion microsomal del RE liso)
GLU
VG
(Tej. Adiposo, musculo)
GLICEROL
GQ
ATP
(hígado,
riñón,
intestino,
gl. mamaria)
ADP
Triglicéridos
Glicerofosfolípidos
Ac. Fosfatidico
fosfatasa
Unión del grupo de
cabeza (serina, colina,
etanolamina, etc.)
Acil transferasa
Glicerofosfolípido
Triacilglicerol
Bibliografia
1- BLANCO A., “Química Biológica”, Ed. El Ateneo, 8a edic., Bs. As. (2007).
2- LEHNINGER, A.L., "Principios de Bioquímica", Ed. Omega, 4ª ed. (2008).
3- Docentes de Química Biológica, “QUIMICA BIOLOGICA Orientada a Ciencias de
los Alimentos”, Nueva Editorial Universitaria de la Universidad Nacional de San
Luis.
4- MURRAY R y col., “Bioquimica de Harper”, Ed. El Manual Moderno, 14º ed.
(1997).
Bibliografía Complementaria
1- CAMPBELL Y FARREL, “Bioquimica”, Thomson Eds., 4ta. Ed., (2005).
2- LIM M.Y., “ Lo esencial en Metabolismo y Nutrición”, Ed. Elsevier, 3ra. ed.,
Barcelona (2010).