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Biosíntesis de
ácidos grasos
Química Biológica II
Bioq. María Victoria Aguirre
Objetivos
• Conocer las etapas de la sìntesis de los
ácidos grasos
• Distinguir los componentes del complejo de
la acido graso sintasa
• Conocer los mecanismos de elongación y
desaturación de los ácidos grasos
• Comparar las similitudes y diferencias entre
la biosíntesis y la beta-oxidación de los
ácidos grasos
El desafío: Ac-CoA en citosol
•
•
•
•
De dónde proviene?
La degradación de algunos AA produce
acetil-CoA citosolico
La oxidacion de ac. grasos produce acetilCoA mitocondrial
Glicolisis rinde piruvato citosolico que es
convertido a acetil-CoA en mitocondria
La lanzadera malato-piruvato provee
unidades de acetato citosolico y
equivalentes reductores para la síntesis
de àc. grasos
Acetil-CoA Carboxilasa (ACC)
 La carboxilacion de Acetil-CoA a malonilCoA es el paso irreversible y crítico de la
biosìntesis
 ACC usa bicarbonato, ATP y biotina
 La enzima eucarionte es una cadena
polipeptídica con tres funciones:
•
proteìna portadora de carboxilbiotina,
•
biotina carboxilasa y
•
transcarboxilasa
El cebador de la
sìntesis es una
molecula de
acetil-CoA,
Las demàs unidades
se carboxilan luego a
malonil-CoA.
O
H3C
C
SCoA
acetyl-CoA
O

OOC
CH2
C
SCoA
malonyl-CoA
La carboxilación es ATP-dependiente y necesita
energía.
El CO2 se pierde durante la condensación de 2 C.
La descarboxilación espontánea impulsa la
reacción.
Enzyme-biotin
HCO3 + ATP
1
ADP + Pi
Enzyme-biotin-CO2
O
ll
CH3-C-SCoA
acetyl-CoA
2
Enzyme-biotin
O
-
ll
O2C-CH2-C-SCoA
malonyl-CoA
La reacción neta de la AcetilCoA Carboxilasa::
HCO3 + ATP + acetil-CoA  ADP + Pi + malonilCoA
O
O
C
C
O
N
NH
CH CH
CH
H2C
S
Carboxybiotin
O
O
(CH2)4 C
NH
C
(CH2)4 CH
lysine NH
residue
La Biotina está unida a la enzima por una unión
amida entre el COO- de la biotina y el grupo eamino de un residuo de lisina.
Se forma así un brazo largo y flexible que
permite al anillo de biotina translocarse entre los 2
sitios activos.
Otras características de ACC…
ACC forma polímeros filamentosos
activos a partir de protómeros inactivos
ACC està cuidadosamente regulada por
catalizar el paso comprometido de la
síntesis.
El producto (Palmitoil-CoA ) favorece la
presencia de monómeros
El citrato favorece a la forma activa
polimérica
La fosforilación modula la activación por
citrato y la inhibición por palmitoil-CoA.
Estructura del complejo de la ácido graso
sintetasa
La ácido graso sintetasa es una gran
molécula con múltiples sitios activos
*
*
Brink, Jacob et al. (2002) Proc. Natl.
Acad. Sci. USA 99, 138-143
Características de la àc. graso sintasa de
mamíferos
 Todos los sitios activos se ubican en una sola
cadena polipeptídica, pero las cadenas tienen
que trabajar como dímeros para ser activas
 Solamente en estado polimerizado (polímeros
en bacterias y dímeros en eucariontes) la
enzima es activa
 La sìntesis de àc grasos llega hasta palmitato
(16 C), la elongación y desaturación se
producen en retículo endoplásmico.
El grupo 4’ fosfopanteteìna se halla en la ACP (proteìna
carrier de acilos) de la sintasa y en la Coenzima A
H
+
H 3N
C
SH
COO
Coenzyme A

CH2
CH2
CH2
SH
NH
cysteine
Grupos prosteticos de
la ac. Graso sintetasa:
 El tiol de la cadena
lateral del residuo de
cisteína del residuo
de la enzima
condensante.
 El tiol de la
fosfopanteteína, es
equivalente a parte
de la estructura de la
Coenzima A.
-mercaptoethylamine
C
O
CH2
CH2
pantothenate
NH
C
NH2
O
ADP-3'phosphate
HO
C
H
H3C
C
CH3 O
H2C
O
P
N
N
O
O
O
P
N
N
O
CH2
O
O
H
H
O
H
OH
H
phosphopantetheine

O
P
O
O
SH
CH2
Fosfopanteteína está
unida covalentemente
unida a un OH de la
serina a la proteína
transportadora de acilos
CH2
-mercaptoethylamine
NH
C
O
CH2
( acyl carrier proteinACP ) de la acido graso
sintetasa.
El brazo largo y flexible
de la fosfopanteteina
ayuda a mover el acilo
unido al grupo SH de un
sitio activo a otro dentro
del complejo.
phosphopantetheine
of acyl carrier protein
CH2
pantothenate
NH
C
O
HO
C
H
H3C
C
CH3 O
H2C
O
P
NH
O
O
phosphate
CH2
CH
C
serine
residue
O
NADPH + H+
NADPH + H+
NADPH + H+
Procesamiento posterior de los
acidos grasos
• Alargamiento en mitocondria y RE
• Introducción de dobles enlaces Cis
• Los eucariotas adicionan dobles enlaces en
la mitad de la cadena a diferencia de los
procariotas que lo hacen mientras el sitio de
ataque está próximo al de fijación a la ACP
• En eucariotas la desaturación necesita de la
incorporación de O2
• La poliinsaturación difiere en plantas y
animales.
 La elongacion de Ac. Grasos en mitocondria
involucra reacciones similares a las de oxidacion en sentido inverso actuando el NADPH
como reductor.
 Los acidos grasos poliinsaturados esterificados a
CoA son sustratos para la maquinaria de
elongación del RE, que usa malonilCoA como
donante de 2 unidades de carbono.

La secuencia de reacciones es similar a la AGS
pero los pasos individuales se catalizan por
proteinas aisladas.

Una familia de enzimas llamadas Acido graso
Elongasas cataliza el paso inicial de elongación
para la formación de acidos grasos poliinsaturados
10 9
O
C
OH
oleate 18:1 cis D9
Las Desaturasas introducen dobles
enlaces en posiciones específicas.
Las cèlulas mamìferas no pueden formar
dobles enlaces del tipo D12 o posteriores.
Ciertos acidoss grasos son de tipo
esenciales dietarios, e.j., ac. linoleico ,
18:2 cis D9,12
10 9
O
C
OH
oleate 18:1 cis D9
La formación de C=C involucra las siguientes
proteínas del RE:
 NADH-cit b5 Reductasa, flavoproteina con
FAD como grupo prostético.
 Citocrome b5, que puede estar aislado o ser
un dominio del extremo de una desaturasa.
 Desaturasa, con un sitio activo con 2 átomos
de Fe acomplejados con residuos de histidina.
La desaturasa cataliza una reacción mixta
oxidativa.
4-electrones reducen al O2  2 H2O y el àc.
graso se oxida formando el doble enlace.
 2e pasan desde NADH a la desaturasa
según:
NADH  FAD  cit b5  desaturasa
 2e son extraídos del ác. graso cuando se
forma el C=C.
E.j., la reacción neta para la desaturación del
estearato (18:0) para formar oleato (18:1 cis D9) es:
Estearato + NADH + H+ + O2  oleato + NAD+ +
2H2O
Regulación de la síntesis de ác. grasos
•
•
•
•
•
•
Modulación alostérica, fosforilación y hormonas
Malonil-CoA bloquea la acción de la carnitin
aciltransferasa  inhibe la beta-oxidacion
Citrato activa la acetil-CoA carboxilasa
Acil grasos Co-As inhiben a la acetil-CoA
carboxilasa
La actividad de ACC està regulada por
hormonas
Glucagon activa lipasas/inhibe ACC
Insulina inhibe lipasas/activa ACC
Acetil-CoA Carboxilasa, cataliza el paso crítico de
la síntesis.
La enzima mamífera está regulada por
 fosforilación
 control alosterico.
Los Cambios conformacionales asociados con la
regulación:
 En la conformación activa, Acetil-CoA
Carboxilasa forma complejos filamentosos
multiméricos.
 La transición a la forma inactiva se produce por
disociación para dar la forma monomerica
(protomeros).
Phosphorylated protomer of
Acetyl-CoA Carboxylase (inactive)
Citrate
La PKA
dependiente de
AMPc cataliza la
inibición de la
ACC por
fosforilación.
Dephosphorylated,
e.g., by insulinactivated Protein
Phosphatase
Palmitoyl-CoA
Phosphorylated, e.g., via
AMP-activated Kinase
when cellular stress or
exercise depletes ATP.
Dephosphorylated Polymer of
Acetyl-CoA Carboxylase (active)
Regulation of Acetyl-CoA Carboxylase
La disminución de producción de malonil-CoA
previene la biosintesis de ac. grasos cuando la
energía celular es insuficiente.
O
H3C
C
SCoA
acetyl-CoA
O

OOC
CH2
C
SCoA
malonyl-CoA
La cascada del AMPc A activada por glucagon &
adrenalina cuando hay hipoglucemia, puede producir
tambien fosforilación de ACC por la PKA AMPcdependiente.
Con ACC inhibida, la acetil-CoA permanece
disponible para la síntesis de cuerpos cetónicos
(combustible alternativo).
Phosphorylated protomer of
Acetyl-CoA Carboxylase (inactive)
Citrate
Dephosphorylated,
e.g., by insulinactivated Protein
Phosphatase
Palmitoyl-CoA
Phosphorylated, e.g., via
AMP-activated Kinase
when cellular stress or
exercise depletes ATP.
Dephosphorylated Polymer of
Acetyl-CoA Carboxylase (active)
Regulation of Acetyl-CoA Carboxylase
El efecto antagonista de la insulina, producida
cuando hay hiperglucemia se atribuye a la
activación de la protein fosfatasa.
La acido graso sintasa está transcripcionalmente
regulada.
En hígado:
 Insulina, estimula la expresión de la ácido graso
sintetasa.
El exceso de glucosa se almacena como grasas.
Los factores de transcripcion que median los efectos
estimulatorios de la insulina incluyen a USFs (upstream
stimulatory factors) y la proteína SREBP-1(sterol
response element binding proteins) identificadas
primariamente en la regulación de la síntesis de
colesterol.
 Los acidos grasos poliinsaturados disminuyen la
transcripción del gen de la Acido graso sintetasa
En adipocitos:
Expresion de SREBP-1 y de acido graso sintasa se
inhibe por la leptina, una hormona que regula el
apetito y el metabolismo de los lipidos.
Leptina se produce por los adipocitos en respuesta
al depósito lipidico.
Regula el peso corporal disminuyendo la ingesta,
aumentando el gasto calórico e inhibiendo la
síntesis de ácidos grasos.
Diferencias entre la síntesis y  oxidación de los
ácidos grasos