Biosintesi degli acidi grassi

Catabolismo dei lipidi
Il 90% dei lipidi è costituito da trigliceridi
o triacilgliceroli o grassi neutri
5÷25 % peso corporeo dei mammiferi
E’ la fonte primaria di riserva di energia degli
animali
Nel cuore e fegato rappresenta l’80% di
apporto energetico in qualsiasi condizioni
fisiologiche
Sono la sola fonte di energia degli animali in
letargo e degli uccelli durante la migrazione
Un uomo di 70 Kg ha circa 15 Kg di trigliceridi
sufficienti per 12 settimane (0,23 kg di
glicogeno, sufficienti per 12 ore)
I batteri non utilizzano i trigliceridi come energia
di riserva
Le piante producono trigliceridi e li conservano
nei frutti, nelle noci e nei semi
1
Utilizzazione dei lipidi nei vertebrati
Dalla
biosintesi
epatica dei
carboidrati
in eccesso
Dai grassi della dieta
Dalla mobilizzazione
dal tessuto adiposo
(adipociti)
2
Utilizzo dei lipidi dalla dieta
3
Azione dei sali biliari e delle lipasi intestinali
Colesterolo
Sali biliari
Colesterolo
4
Struttura molecolare di un chilomicrone
Le apolipoproteine sono le proteine che legano i
lipidi nel plasma nella forma
priva (“apo”) di lipidi
Nel plasma ci sono diverse proteine e lipidi
associate in strutture sferiche (lipidi al centro e
proteine all’esterno) chiamate lipoproteine.
Sono classificate in base alla loro densità
Composizione (peso%)
Lipoproteina
Densità
(g/ml)
Proteine
Fosfolipidi
Colesterolo
libero
Esteri del
colesterolo
Triacilgliceroli
Chilomicroni
<1,006
2
9
1
3
85
VLDL
0,95-1,006
10
18
7
12
50
LDL
1,006-1,063
23
20
8
37
10
HDL
1,063-1,210
55
24
2
15
4
5
Azione della lipoproteina lipasi
Chilomicroni provenienti dal sistema
linfatico e flusso sanguigno
La lipoproteina lipasi, attivata nei
capillari dall’apoC-II, rilascia acidi
grassi e glicerolo
Una carenza di apoC-II comporta
alti livelli di trigliceridi nel sangue
6
Mobilizzazione dei trigliceridi
Gli ormoni innescano la
mobilizzazione delle
riserve di trigliceridi
Digiuno (Glucagone), Stress (Adrenalina)
Fegato
5%
energia
Perilipina una proteina
che regola l’accesso
alle gocce lipidiche
Glicerolo
95%
energia
7
Ingresso degli acidi grassi nei mitocondri (1)
Attivazione
8
Ingresso degli acidi grassi nei mitocondri (2)
Trasporto
Inibita dal Malonil-CoA, primo
intermedio della biosintesi degli
acidi grassi
9
b-ossidazione degli acidi grassi saturi a numero pari di atomi di C (1)
b-ossidazione del palmitato
Elettron Tranfer Flavoprotein
FADH2
FAD
10
Bilancio energetico della b-ossidazione del palmitato (1)
7 FADH2
7 NAD+ + H+
Totale fase 1
8x1 FADH2
8x3 (NAD+ + H+)
8x1 ATP
Totale fase 2
Totale fase 1+2
Attivazione
Bilancio finale
 7x1,5=10,5 ATP
 7x2,5=17,5 ATP
28,0 ATP
 8x1,5=12,0 ATP
24x2,5=60,0 ATP
= 8 ATP
80,0ATP
108 ATP
-2 ATP
106 ATP
11
Bilancio energetico della b-ossidazione del palmitato (2)
Palmitoil-CoA +23O2 +106 ADP+106Pi →CoA +106 ATP +16 CO2 + 23 H2O
Resa% 
2340 Kcal/mol
106  7,3Kcal/mol
 100  34%
2340kcal/mol
in c.s.
Nelle condizioni reali intracellulari di reagenti e
prodotti la resa sale oltre il 60%
Gli uccelli migratori durante le transvolate utilizzano
le riserve lipidiche accumulate nei giorni precedenti (i
lipidi rappresentano il 70% del peso secco corporeo
contro il 30% degli uccelli non migratori)
Oltre alla notevole quantità di energia e alla
ottima resa energetica si forma molta H2O
Alcuni animali (orso bruno in letargo, cammelli)
evitano la disidratazione grazie all’H2O prodotta
dalla completa ossidazione dei lipidi di riserva
•Cammello: 1kg di tripalmitina1,4 litri H2O
•Orso bruno: perde 0,66 Kg/giorno
12
b-ossidazione degli acidi grassi insaturi a numero pari di atomi di C
Insaturazione naturale in “cis”
Intermedio in “trans” riconosciuto
dagli enzimi della b-ossidazione
13
Ossidazione di un acido grasso polinsaturo
b-ossidazione degli acidi grassi saturi a numero dispari di atomi di C
b-ossidazione
5 Acetil-CoA
Gli acidi grassi a numero dispari di C
sono presenti nelle piante e in alcuni
organismi marini.
Per la loro completa ossidazione
hanno bisogno di tre reazioni in più
Ciclo di
krebs
15
L’ossidazione degli acidi grassi è rigidamente regolata
La coordinazione del metabolismo è a carico di due enzimi:
Acetil-CoA Carbossilasi (ACC) primo enzima della biosintesi acidi grassi
Carnitina aciltrasferasi I
16
Formazione dei corpi chetonici (1)
Fegato
Cervello
Muscoli
Cuore
Surrene
(Mitocondri)
Steroli
Citosol
epatico
 ATP
Sangue
17
Formazione dei corpi chetonici (2)
Il digiuno prolungato o nel diabete
mellito si ha una sovrapproduzione di
acetil-CoA (blocco del ciclo di Krebs per
eccessivo prelievo di ossalacetato) che
porta alla formazione di corpi chetonici
in eccesso (chetosi) nel sangue
(chetonemia) e nelle urine (chetonuria);
il conseguente abbassamento del pH
(acidosi) dovuto alla presenza dei corpi
chetonici acidi, stimola i reni ad
espellere gli H+ in eccesso. L’escrezione
di H+ è accompagnata anche
dall’escrezione di Na+, K+, Pi e H2O con
conseguente disidratazione
(è la causa della sete eccessiva dei
diabetici).
18
Le fonti di energia nel muscolo e cervello
Muscolo
Cervello
(b-idrossibutirrato)
AMP
ADP
Adenilato chinasi
(Miochinasi)
19
Biosintesi degli acidi grassi
NADPH
20
Acetil-CoA Carbossilasi (ACC):il primo enzima della sintesi degli acidi grassi
Precursore
principale della
biosintesi
La reazione avviene in
due tappe come in tutte
le carbossilasi biotina
dipendenti
(Piruvato carbossilasi,
Propionil-CoA carbossilasi)
21
Acido grasso sintasi: il sitema multienzimatico della sintesi degli acidi grassi
Entra una
volta solo
all’inizio
Entra
sempre ad
ogni ciclo
Acil Carrier
Protein
ACC
22
Biosintesi del palmitato (C16:0)
Per produrre una molecola di palmitato occorrono 7 cicli
8 Acetil-CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 14 H+
→
Palmitato + 8 CoA + 6 H2O + 7 ADP + 7 Pi + 14 NADP+
23
Localizzazione della biosintesi degli acidi grassi
Citosol epatico: [NADPH]/[NADP+]~75
[NADH]/[NAD+]~8x 10-4
Ciò permette che il catabolismo NAD+ dipendente del
glucosio (glicolisi) e la biosintesi degli acidi grassi avvenga
contemporaneamente nello stesso compartimento
24
Trasporto dell’acetil-CoA dai mitocondri al citosol






25
La biosintesi degli acidi grassi è fortemente regolata
Glicolisi
PFK-1

Inibizione
allosterica
(citosolico)
Attivazione
allosterica
(citosolico)
Acil-CoA
(citosolico)
carnitina
aciltransferasi I

Acil-CoA
(mitocondriale)
b-ossidazione
Inibizione
allosterica
(la fosforilazione provoca la
depolimerizzazione della
forma attiva dell’enzima)
Regolazione covalente
26
Il palmitato è il precursore degli acidi grassi a catena lunga
Sistema di allungamento degli acidi grassi
(reticolo endoplasmatico liscio e mitocondri)
Insaturazione degli acidi grassi
(reticolo endoplasmatico liscio)
Ossidasi a funzione mista
Il linoleato e a-linolenato non possono essere sintetizzati dai
mammiferi, ma sono prodotti dalle cellule vegetali (Acidi grassi
essenziali). Una volta ingeriti possono essere convertiti in altri
acidi grassi poliinsaturi tra cui l’arachidonato, precursore
essenziale di lipidi regolatori (eicosanoidi)
Eicosanoidi
27
Eicosanoidi
Eicosanoidi
Molecole segnale che agiscono nel
tessuto dove sono prodotte
”ormoni ad azione locale”
Arachidonato
Cicloossigenasi
(COX-1, COX-2)
(eicosatetraenoato)
via “ciclica”
C20:4 (D5,8,11,14)

Prostaglandine
(PGF2, PGD2, PGE2, PGI2)
Aspirina
(TxA2)
Costrizione vasi sanguigni
 Aggregazione delle piastrine
 Coagulazione del sangue
Leucotrieni
 Costrizione vie aeree (asma)
Trombossani
via “lineare”
 Dilatazione vasi sanguigni
 Aggregazione piastrinica
 Infiammazione, Dolore
 Calore corporeo (febbre)
 Contrazione uterina
Mandano in calore animali
Stimolano il travaglio
 Secrezione mucina
gastrica
Causate
da PG
sintetizzate
da COX-2
da PG
sintetizzate
da COX-1
28
Biosintesi Prostaglandine e Trombossani
Farmaci
Antinfiammatori
Non
Steroidei
Adrenalina (ormone), Trombina (proteasi),
Metillina (veleno delle api)
Via ciclica
Reticolo
endoplasmatico
Cicloossigenasi
(COX-1, COX-2)

Una nuova classe di
FANS (Vioxx*, Celebrex),
sono in grado di inibire
selettivamente la COX-1
e ovviare agli effetti
collaterali dei FANS di
prima generazione
* Ritirato per effetti collaterali al
sistema cardiocircolatorio
29
Biosintesi dei lipidi
NADPH
30
Biosintesi dei triacilgliceroli & fosfolipidi
Fosfatidato
(Diacilglicerolo 3.fosfato)
precursore comune
31
Controllo ormonale della biosintesi dei trigliceridi
Citrato liasi
Complesso piruvato deidrogenasi
Perdita di peso
32
Ciclo del triacilglicerolo
Durante il digiuno, negli adipociti dei mammiferi, gli acidi grassi ottenuti dall’idrolisi dei
trigliceridi, sono in parte esportati tramite il sangue per essere utilizzati come fonte di energia
(es: ai muscoli), il resto va al fegato dove sono convertiti in trigliceridi.Questi ritornano agli
adipociti come acidi grassi, per idrolisi di una lipoproteina lipasi, e riconvertiti in trigliceridi.
Questo “ciclo del triacilglicerolo” ha la funzione di mantenere una concentrazione costante di
acidi grassi liberi nel sangue come fonte di energia immediatamente utilizzabile in caso di
emergenza.
33
Regolazione del ciclo del triacilglicerolo
Il ciclo del triacilglicerolo è
controllato dai glucocorticoidi
del surrene (es: cortisolo)
attraverso la regolazione
dell’attività della PEPCK
Gliceroneogenesi
La presenza dell’ormone,
indotta dal digiuno, stimola la
gliceroneogenesi nel fegato e
la reprime nel tessuto
adiposo aumentando i livelli
di acidi grassi liberi nel
sangue; ciò può interferire
con l’utilizzo del glucosio nel
muscolo e promuovere la
resistenza all’insulina
(diabete tipo 2).
I tiazolidinedioni, inducendo i
livelli di PEPK, sono in grado di
curare questa patologia.
34
Biosintesi del colesterolo
Nei vertebrati la maggior
quantità di colesterolo viene
sintetizzato nel citosol del
fegato in quattro tappe a
partire dall’acetil-CoA
Le prime due reazioni
della prima tappa sono
identiche alla formazione
dei corpi chetonici
(nei mitocondri epatici)
6 unità isopreniche
35
Funzioni del colesterolo
CH3
Nei vertebrati il colesterolo,
prodotto principalmente nel
fegato, viene :
incorporato nelle
membrane degli epatociti
(una piccola parte)
utilizzato nella sintesi di
acidi biliari per la digestione
dei lipidi
esportato in altri organi, in
forma libera o esterificato,
tramite le proteine
plasmatiche, per la
produzione degli ormoni
stereoidei e vitamina D
H C (CH2)3
CH3
CH3
CH
CH3
CH3
HO
36
Trasporto del colesterolo e altri lipidi (1)
Il colesterolo, gli esteri del
colesterolo, i triacilgliceroli
e i fosfolipidi, per essere
trasportati da un tessuto ad
un altro tramite il plasma,
essendo insolubili in
acqua, devono essere
inglobati in specifiche
lipoproteine plasmatiche
Composizione (peso%)
Lipoproteina
Densità
(g/ml)
Proteine
Fosfolipidi
Colesterolo
libero
Esteri del
colesterolo
Triacilgliceroli
Chilomicroni
<1,006
2
9
1
3
85
VLDL
0,95-1,006
10
18
7
12
50
LDL
1,006-1,063
23
20
8
37
10
HDL
1,063-1,210
55
24
2
15
4
37
Trasporto del colesterolo e altri lipidi (2)
Colesterolo “cattivo” associato alle LDL
Colesterolo “buono” associato alle HDL
Il colesterolo LDL in
eccesso viene rimosso
dalle HDL, altrimenti si
deposita sulle pareti delle
arterie (aterosclerosi)
Eccesso di lipidi e carboidrati nella dieta
Utilizzati come fonte di energia
Riserva sotto forma di gocce lipidiche
38
HDL: gli spazzini del colesterolo “cattivo”
Le HDL hanno origine nel fegato e intestino sotto forma di
piccole particelle a disco piatto; contengono molte proteine e
poco colesterolo in forma non esterificata. La presenza della
lecitina-colesterolo aciltransferasi (LCAT) sulla superficie delle
HDL esterifica il colesterolo dei chilomicroni e delle
rimanenze di VLDL, che entra all’interno delle HDL (struttura
sferica matura).
La particella ricca di colesterolo ritorna al fegato, dove viene
scaricato il colesterolo
39
Assunzione di colesterolo “cattivo” tramite endocitosi mediata da recettore
Il colesterolo che entra nella
cellula tramite questa via può
essere incorporato nelle
membrane o esterificato dalla
Acil-CoA-colesterolo
aciltransferasi (ACAT) per
essere conservato in gocce
lipidiche
40
Regolazione della sintesi del colesterolo
Quando la concentrazione del colesterolo
sintetizzato e di quello introdotto con la dieta
supera la quantità necessaria per la sintesi delle
membrane, sali biliari e steroli, si accumula nei
vasi sanguigni e può causare placche con
ostruzione dei vasi (aterosclerosi)
Alcuni inibitori competitivi della HGM-CoA
reduttasi si sono rivelati efficaci nell’abbassare i
livelli di colesterolo LDL ematico
41
Metabolismo degli acidi grassi nel fegato
, fosfolipidi di membrana
VLDL
Adipociti
(riserva)
Cuore,Muscolo
Albumina
(fino a 10 per molecola)
(energia)
Tessuti
Integrato
nella
membrana
(energia:
1/3 del fabbisogno del cuore
fino a 2/3 nel cervello)
42