piruvato

Ac-CoA

glucosio

NAD

H

METABOLISMO DEGLI ACIDI GRASSI

ACIDI GRASSI: composti che contengono una catena idrocarburica (idrofobica) ed un gruppo

terminale carbossilico (polare).

• Sono componenti o precursori di diversi tipi di biomolecole

fosfolipidi e glicolipidi ; proteine di membrana; ormoni; 2i messaggeri

• Sono riserve di energia

triacilglicerolo glicerolo + acidi grassi Ac-CoA + NADH + FADH2

GL

STRUTTURA

2

C

O

O H

13n

ab

w

CO

OH

9

12

w - 6

w

Acido grasso saturo

Lineare, ~12-24 C

(n° di C generalmente è pari)

Acido grasso insaturoda 1 a 4 doppi legami separati da -CH2-

configurazione cis

b-ossidazione

CoA, NAD+, FADH

acidi grassi - caratteristiche e nomenclatura

Nome IUPAC

n -tetradecanoato

n -esadecanoato

n -ottadecanoato

9-ottadecenoato

9,12-ottadecenoato

9,12,15-ottadecenoato

riferimento

al carbonilerif. a w

14:0

16:0

18:0

18:1 D 9 18:1 (w -9)

18:2 D 9,12 18:2 (w -6)

18:3 D 9,12,15 18:2 (w -3)

w

Nome comune N° di carboni N° di doppi legami

posizione doppi legami

acidi grassi essenziali

Gli acidi grassi come fonte di energia

CATABOLISMO DEGLI ACIDI GRASSI ASSUNTI CON LA DIETAms

(sotto forma di triacilgliceroli - trigliceridi)

• I trigliceridi ingeriti con la dieta sono degradati principalmente a livello del duodeno

• Le condizioni alcaline favoriscono l’azione della lipasi pancreatica (idrolisi AG1 e AG3) e di

esterasi aspecifiche (AG2), con l’ausilio dei sali biliari (sali carbossilici con scheletro steroideo

e con ruolo emulsificante, che trasportano gli AG ai villi intestinali).

• Nelle cellule epiteliali si riformano trigliceridi che si associano a lipoproteine per il trasporto ai

tessuti mediante i vasi linfatici ed il sistema circolatorio

HC

C

C

O

O

O

O

O

O

H

H

AG1

AG2

AG3

Catabolismo degli acidi grassi esogeni

DUODENO

Lipasi pancreaticaemulsione con

sali biliari

villi intestinali

R1

R2

R3

R1

R2

R3 R1

R2

apolipoproteine

colesterolo

fosfolipidi

trigliceridi

Catabolismo degli acidi grassi endogeni (tessutali)

• Una cascata di trasduzione del segnale mediata da cAMP attiva la PK cAMP dipendente

• la PK attiva la triacilglicerolo lipasi, selettiva per AG legati a C1 o C3 del glicerolo.

• subentrano poi in ordine la diacilglicerolo lipasi e la monoacilglicerolo lipasi.

• gli AG liberi passano nel sangue dove si associano con la siero albumina

• l’insulina, che indica abbondanza di altre fonti di AcCoA e NADH, agisce su un recettore

che porta all’attivazione di una fosfatasi che disattiva la triacilglicerolo lipasi

ormone

(insulina)

i a

a

aProteina fosfatasi

recettore

tirosina

chinasico

iProteina fosfatasi

ormone(adrenalina,

glucagone)

i

Proteina fosfatasia

b-Ossidazione degli acidi grassi

• le catene idrocarburiche sono degradate mediante ossidazione al carbonio b

• partendo da C1 sono rimosse unità bicarboniose

• AG con N° pari di C sono completamente degradati ad acetìl-CoA

• N° dispari di C (rari negli animali, dalla dieta) propionil CoA succinil CoA CK

1) Formazione di Acil-CoA; reazione catalizzata dalla acil CoA sintetasi (AG tiochinasi)

HS-COA

RCOO- + ATP RCO-AMP + PPi RCO-S-COA + AMP (Acil-CoA)

PPi + H20 2Pi + 2H+ (reazione irreversibile)

RCOO- + ATP + CoA + H20 acil-CoA + AMP + 2Pì + 2H+

NB. la reazione ATP AMP effettivamente comporta l’utilizzo di due unità energetiche

NNB un legame ad alta energia (ATP) legame acile con fosfato (l'aciladenilato)

legame tioestere dell'acil-CoA (sempre ad alto pot.)

NNNB la reazione è trainata e resa irreversibile dall'idrolisi di pirofosfato

sintetasi

pirofosfatasi inorganica

Acidi grassi saturi:

• l’attivazione dell’AG avviene a livello della

membrana mitocondriale esterna, mentre la

b-ossidazione avviene nella matrice del

mitocondrio,

• acil-CoA non ha un trasportatore

transmembrana.

• nel citosol, gli AG si coniugano alla carnitina,

(composto zwitterionico derivato da Lys) in

una reazione catalizzata dalla carnitina

aciltrasferasi I

• una traslocasi traferisce l’acilcarnitina alla

matrice (sistema di antiporto con la carnitina

libera)

• l’acilcarnitina mantiene l’elevato potenziale di

trasferimento del legame fosfato e passa l’AG

a CoA nella matrice mitocondriale, in una

reazione catalizzata dalla carnitina

aciltrasferasi II

Trasporto di acil-CoA ai mitocondri

carnitina

(CH3)3N+

CH2 CH

OH

CH2 COO-

AG

b-ossidazione della catena idrocarburica Cicli di ossidazione

Il ciclo riparte - AG meno 2 C.

• acil-CoA saturo è degradato in cicli di 4 reazioni

(5) ossidaz. catalizzata dalle acil-CoA deidrogenasi (diverse

per AG con 4-6, 6-14 oppure 14-18 C) e si forma trans enoil-

CoA, con FADH2 come accettore di e-

(6) idratazione a L-3-idrossiacil-CoA, reazione

altamente stereospecifica catalizzata dalla enoil CoA

idratasi

(7) ossidaz. catalizzata dalla L-3-idrossiacil

CoA deidrogenasi produce 3-chetoacil

CoA e NADH comp I. Specifica per

l'isomero L del substrato

(8) Il gruppo tiolico di un’altra

molecola di CoA si inserisce nel

chetoacil-CoA a livello del Cb,

staccando un Ac-Coa. Catalizzata

dalla b-chetotiolasi.

( complesso II CoQ complesso III )

b-ossidazione degli acidi grassi insaturi

ciclo normale

• Per poter superare il doppio legame, sono necessarie una isomerasi ed una reduttasi.

- un doppio legame cis dopo un C dispari (es. palmitoleato D9) arriva a trovarsi eventualmente

fra C3-C4 ,

- un doppio legame cis dopo C pari (es. linoleato D12) arriva a trovarsi eventualmente fra C4-C5.

Quando la acil-CoA deidrogenasi (5) inserisce il legame trans insaturo fra C2-C3

(10) agisce la reduttasi che lo converte in cis-enoil CoA, poi l’isomerasi (9) in trans-enoil CoA

10

(9) è convertito ad un doppio legame trans dall’isomerasi.

• Ciascun ciclo di ossidazione produce 1 FADH2, 1 NADH ed 1 Ac-CoA.

• Per il palmitato (C16), 6 reazioni portano a C4-CoA che poi viene scisso in 2 Ac-CoA

nell’ultima reazione. Sono quindi prodotti 7 NADH, 7 FADH2 e 8 Ac-CoA

• ogni Ac-CoA che entra direttamente nel ciclo di Krebs produce 3 NADH, 1 FADH2 e GTP/ATP,

quindi:

24+7 = 31 NADH = 77.5 ATP (2.5 ATP/NADH)

8+7 = 15 FADH2 = 22.5 ATP (1.5 ATP/FADH2)

8GTP = 8ATP

108 ATP + 130 H20

-2 ATP (formazione palmitoil-CoA) = 106 ATP + 130 H20

(C)nacilCoA + FAD + NAD+ + H20 + CoA (C)n-2acilCoA + FADH2 + NADH + Ac-CoA + H+

b-ossidazione degli acidi grassi - stechiometria e bilancio energetico

(C)16CoA + 7FAD + 7NAD+ + 7H20 + 7CoA 8 AcCoA + 7FADH2 + 7NADH + 7 H+

H2O

NADH/FADH2 + ½O2 + H+ NAD+ + H20

ADP+Pi ATP + H20, 2H20 sono consumate dal CK

( 31 + 15 + 77.5 + 22.5 -16)

• AcCoA è consumato solo se la sua degradazione è bilanciata con quella dei carboidrati.

corpi chetonici

• D-3-idrossibutirato e acetoacetato sono esportati nel sangue e gli altri tessuti si adattano

al loro utilizzo come fonte di NADH e Ac-CoA. Il loro accumulo è però pericoloso (avviene

anche a causa del diabete mellito).

D-3-idrossibutirrato

2 Ac-CoA acetoacetil CoA 3-idrossi-3-metil glutaril CoA acetoacetato acetone

3-chetotiolasi idrossimetilglutaril

CoA sintasi

enzima di

scissione

D-3-idrossibutirrato acetoacetato

succinil CoA succinato

CoA trasferasiidrossibutirrato

deidrogenasi

acetoacetil CoA 2Ac-CoA

CoA

chetotiolasi

• Nel digiuno prolungato, la gluconeogenesi sottrae intermedi dal Ciclo di Krebs nel fegato

• Diminuisce l’ossidazione di Ac-CoA. Questo è indirizzato alla produzione di corpi chetonici.

Catabolismo dei trigliceridi – schema riassuntivo

triacilglicerolo

Glicerolo

acido grasso

(propionyl CoA)

succinyl CoA

vit B12

C dispari

Ciclo di Krebs

carenza carboidrati

corpi chetonici

DHAP

Gluconeogenesi Glicolisi

Glicerolo-3-P

acetil CoA

C pari

Metabolismo degli acidi grassi - effetto della dieta:

Dieta ad alto contenuto di carboidrati e basso contenuto di grassi

ATP

Dieta ad alto contenuto di proteine basso contenuto di carboidrati e di grassi

ATP

Digiuno prolungato

Non è disponibile ossalacetato per permettere ad Ac-CoA di entrare nel ciclo di Krebs.

Viene deviato a formare corpi chetonici

• Negli eucarioti, la biosintesi degli AG avviene nel citosol. I principali tessuti coinvolti sono il

fegato, le cellule adipose, il SNC e le ghiandole mammarie.

• Utilizza una via metabolica interamente distinta dalla loro degradazione (b-ossidazione)

• Procede mediante l’aggiunta di unità bicarboniose (derivate da Ac-CoA) fino a produrre una

catena di 16 carboni (16:0, palmitato), utilizzando NADPH come agente riducente e ATP per

fornire energia.

• ATP serve per attivare le unità di acetato (2C) mediante la formazione di malonil-CoA. (3C)

L’allungamento della catena è poi alimentata dalla sua decarbossilazione.

• L’allungamento oltre 16C e l’insaturazione sono catalizzati da sistemi enzimatici accessori

BIOSINTESI DEGLI ACIDI GRASSI

Biosintesi degli acidi grassi - formazione di malonil CoA

biotina carbossibiotina biotina

ATP HCO3- ADP Pi Ac-CoA Malonil-CoA

CH3 C S

O

CoA + + ATPHCO 3- CH2 C S

O

CoAC

O

-O

ADP + Pi + H+

acetil-CoA carbossilasi

2) Formazione di malonil-CoA

Regolazione (Negli animali):

citrato (), palmitoil-CoA ()

+ P (cascata glucagone/cAMP/PK) affinità per

palmitoil-CoA () e per citrato (), quindi attività () .

- P (insulina RPTK) affinità per citrato () e per

palmitoil-CoA (), quindi attività ().

1) trasporto dell’acetile nel citoplasma

(navetta malato/citrato)

Proteina

trasportat

rice della

biotina

ATP

ADP Pi

Biosintesi degli acidi grassi - formazione di acetoacetil-ACP

CH2

C

O

CO

-OCH

3C

O

+CH2 C

O

CH3 C

O

S-ACP

+ HCO3- + HS-cys-CE

acetoacetil-ACP

acil-malonil-ACP

enzima condensante

(b-chetoacil-ACP-sintasii)

S-cys-CES-ACP

5) Condensazione dei gruppi acile e malonile

+ HS-ACP CH2

C

O

CO

-OS-ACP

malonil

trasferasi

CH2 C S

O

CoACO

-Omalonil-ACP

4) malonil-CoA formazione di malonil-ACP (proteina trasportatrice gruppi acili)

CH3 C S

O

CoA + HS-cys-CE CH3 C

O

S-cys-CE

Acetil trasferasi

(transacilasi)

ACP

acetil-CE

3) Secondo Ac-Coa formazione di acetil-enzima condensante (CE)

1) trasporto dell’ Ac-CoA nel citoplasma (navetta)

2) Un Ac-CoA malonil-CoA

Biosintesi degli acidi grassi - formazione di buttirril-ACP

CH2 C

O

CH3 C

O

S-ACP

NADPH + H+ NADP+

B-chetoacil-ACP

reduttasi

CH2 C

O

CH3 CH

OH

S-ACP

D-b-idrossibutirril-ACP(C4-b-chetoacil-ACP)

6) Riduzione del gruppo carbonilico

CH2

C

O

CH3

CH

OH

S-ACP CH C

O

CH3

CH S-ACP

b-idrossiacil-ACP

deidratasicrotonil-ACP

(acido grasso trans insaturo)

7) Deidratazione dell’idrossiacile

CH C

O

CH3

CH S-ACP

NADPH + H+ NADP+

2,3-trans-enoil –ACP

reduttasi

CH2

C

O

CH3

CH S-ACP

butirril-ACP

(acido grasso saturo)

2

8) Riduzione del doppio legame nel transenoile

Palmitoil-ACP + H20 Palmitato + HS-ACPtioesterasi

10) Oltre C16, idrolisi e liberazione di palmitato (fine della reazione)

11) Reazioni di elongazione ed insaturazione (enzimi acerssori)

CH2

C

O

CH3

CH S-ACP + HS-cys-CE CH2

C

O

CH3

CH S-cys-CE

acil trasferasi

9) Trasferimento dell’acile dal l’ACP all’enzima condensante

2 2

secondo ciclo

butirril-CE

Biosintesi degli acidi grassi - fine del ciclo

Biosintesi degli acidi grassi – schema riassuntivo

acetil CoA carbossilasi

acetil trasferasi (AT)

malonil trasferasi (MT)

acil-malonil-ACP

enzima condensante (CE)

b-chetoacil-ACP reduttasi

(KR)

b-idrossiacil-ACP

deidratasi (DH)

2,3.trans-enoil-ACP

reduttasi (ER)

tioesterasi (TE)

CoA = panteteina- P- P -5’-Adenosina-3’-P

ACP = panteteina- P- P –Ser-proteina

malonil-ACP

Il complesso della Acido Grasso Sintasi

dominio III dominio II dominio I

• Animali superiori: un complesso unico raggruppa tutte le funzionalità da a

• Questo complesso è dimerico, e la struttura 1a è divisa in 3 domini congiunti da regioni flessibili.

- Dominio I: subunità per legame del substrato e condensazione

- Dominio 2: subunità per riduzione, deidratazione e trasporto degli acili

- Dominio 3: subunità per il rilascio del palmitato.

Biosintesi degli acidi grassi – stechiometria ed elaborazione

STECHIOMETRIA

7 Ac-CoA + 7 CO2 + 7 ATP 7 malonil-CoA + 7 ADP + 7 Pi + 7 H+

1 Ac-CoA + 7 malonil-CoA + 14 NADPH + 14 H+

palmitato + 7 CO2 + 14 NADP + + 8 HS-CoA + 6 H20

8 AC-CoA + 7 ATP+ 14 NADPH + 7 H+

palmitato + 7 ADP + 7 Pi + 14 NADP+ + 8 HS-CoA + 6 H20

ELABORAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI OLTRE C16

Modificazione del palmitato prodotto dalla AG sintasi o degli acidi grassi ottenuti con la dieta

mediante:

- Allungamento supplementare (a livello delle membrane mitocondri e ER)

- Introduzione di doppi legami cis

Biosintesi degli acidi grassi – elaborazione del palmitato

C < 16 rilascio prematuro

C > 16 enzimi associati con il reticolo endoplasmatico (simili a quelli in AGS ma separati)

C > 16 enzimi associati ai mitocondri (via minore) – inversione della 𝛃-ox

R C S

O

CoA + CH2 C S

O

CoACO

- O

2 NADPH + 2H+ 2 NADP+

CH2 C S

O

CoAR-CH2-

Acil-CoA Malonil-CoA

+ CO2 + H2O + HS-CoA

R C S

O

CoA

NADH + H+ NAD+

H2 C S

O

CoA +R-CH2C H2O + HS-CoA

Ac-Coa CoA

H2O idratasi

NADP+ NADPH + H+

tiolasi deidrogenasi

reduttasi

RCH2

C CH2 C S CoA

O O

RCH2CH CH2

C S CoA

OH O

RCH2 C CH C S CoA

O

(16:1 D9) (18:1 D11) (18:2 D9,12) (18:3 D6,9,12) (20:3 D8,11,14) (20:4 D5,8,11,14)

linoleico arachidonico

ELONGAZIONE/INSATURAZIONE

- I mammiferi hanno una capacità limitata per l’insaturazione (C8,9 e in seguito C5,6)

- possono elaborare acidi grassi essenziali assunti con la dieta

Si

CO

OH

13n

abw

4 2

5

6

7

8

9

No

Biosintesi degli acidi grassi – elaborazione del palmitato

INTRODUZIONE DI LEGAMI DOPPI (INSATURAZIONE)

enzimi presenti nella membrana dell’ER

microrganismi anaerobici possono anche introdurre insaturazione mediante meccanismi

indipendenti da O2.

• Gli eicosanoidi consistono in prostaglandine (PG), trombossani (TX) e leucotrieni (LT).

• Le PG sono sintetizzate dalla ghiandola prostatica, TX dalle piastrine (trombociti) e LT dai leucociti.

• Producono una gamma di effetti biologici ed infiammatori (febbre, dolore, doglie).

• Hanno un ruolo importante nell’inibire la secrezione di acido gastrico, nel regolare la vasodilatazione e

restrizione, e nell’inibire l’attivazione dell’aggregazione piastrinica.

• Gli eicosanoidi principali sono derivati dall’acido arachidonico, in misura minore dall’acido a-linolenico,

entrambe derivati da AG essenziali. La principale fonte di acido arachidonico è la catena AG2 nei

fosfolipidi di membrana, ed è rilasciato per l’azione della fosfolipasi A2.

Biosintesi degli ormoni eicosanoidi dal acido arachidonico

Biosintesi dei glicerofosfolipidi – due vie alternative – un attivatore comune (CDP)

1-acildiidrossiacetone-P

acil-CoA CoA

DHAP aciltrasferasi

NADPH

NADP+

acildiidrossiacetone-P reduttasi

1) CDP-DAG(batteri, eucarioti)

2) CDP-testa(eucarioti)

Ser

CMP

fosfatidilserina

sintasi

fosfatidilserina

fosfatidilserina

decarbossilasi

fosfatidil_

etanolammina

CO2

metiltraferasi

fosfatidilcolina

3 RCH3

3 R

NADH

NAD+

ATP

ADP

glicerolo-3-P

deidrogenasi

DHAP

Glicerolo

Glicerolo-3-P

acil-CoA CoA

glicerolo-3-P

aciltrasferasi

1-acilglicerolo

acil-CoA CoA

1-acilglicerolo-3-P

aciltrasferasi

acido fosfatidico

C

CTP PPi

C

CDP-DAG

Regolazione reciporca

triacilglicerolo

AG + glicerolo

b-ox AG

H2O

+

malonil-CoA

H2O

+

citrato

liasi

AG

sintasi

Ac-CoA +

palmitoil-CoA

citrato

(navetta)

Ac-CoAmitocondriale

RPTK

insulina

P

triacilglicerolo

lipasi

triacilglicerolo

lipasi +

Ac-CoA carbossilasi

P

PP P P

P

Ac-CoA carbossilasi +

fosfatasi (a) fosfatasi (i)+

+

malonil-CoA

glucagone

+

fosfodiesterasi