Lipidi introdotti con gli alimenti

cistifellea

inestino

I lipidi sono emulsionati dai sali biliari

e resi accessibili a lipasi, fosfolipasi e colesteril-

esterasi che li idrolizzano rilasciando:

ac.grassi2-monoacilgliceroli 3-fosfo-1-monoacilglicerolisteroli non esterificati

METABOLISMO LIPIDICO

Nelle cellule intestinali si ricostituisconotrigliceridi, fosfolipidi e esteri delcolesterolo che si associano con specificheproteine a formare i CHILOMICRONI

CHILOMICRONI (lipoproteine) viaggiano attraverso la linfa e

il sangue.

La lipoproteina lipasi extra-cellulare riconosce la ApoC-IIe libera ac. grassi e glicerolo dai chilomicroni.

Gli ac. grassi sono ossidati o incorporati in trigliceridi di riserva

Lipidi accumulati in gocce lipidiche: nucleo di esteri sterolici, trigliceridi circondati da fosfolipidi

e proteine: le perilipine

in forma defosforilataimpediscono l’accesso alle lipasi in forma fosforilatainteragiscono con la lipasi ormone-sensibile e la traslocano sulla goccia lipidica

la PKA fosforila sia le perilipine sia la lipasi ormone-

sensibile attivando la mobilizzazione degli ac. grassi

Nelson·Cox – I PRINCIPI D BIOCHIMICA DI LEHNINGHER 5/E, Zanichelli Editore S.p.A. Copyright © 2010

MOBILIZZAZIONE DEI LIPIDI DIRISERVA Condizioni di bassa carica energetica, digiuno (es: durante il

sonno)

Idrolisi dei trigliceridi di riserva

Trasportati nel circolo sanguigno attraverso l’albumina serica

Fegato, cuore, muscolo, corteccia renale

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Fegato

Il 5% dell’energia rilasciata dai trigliceridi deriva dal Glicerolo:

Il GLICEROLO è fosforilato nel fegato dalla Glicerolo chinasiin GLICEROLO 3-FOSFATO

È ossidato dalla Glicerolo 3-fosfato deidrogenasi (NAD-dipendente) in DIIDROSSIACETONEFOSFATO

che isomerizzato a GLICERALDEIDE 3-FOSFATO entra nella glicolisi(o nella gluconeogenesi).

La gran parte dell’energia rilasciata dai trigliceridi deriva dall’ossidazione degli acidi grassi.

BETA-OSSIDAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI

Produce grandi quantità di Acetil-CoA, che alimenta il ciclo di Krebs e di

conseguenza la fosforilazione ossidativa.

Produce anche grandi quantità di NADH e FADH2 che sono incanalati

nella catena respiratoria di trasporto degli e-

pirofosfatasi

L’AMP dell’acil-denilato èspiazzato dal CoA-SH e siforma un legame TIOESTERE(ACIL-CoA)

LA PRIMA FASE DELLA β-OSSIDAZIONE AVVIENE NELCITOSOL E SERVE ADATTIVARE L’ACIDO GRASSO

AMP + ATP → 2ADP

Sono consumati in totale 2 ATP

L’acido grasso viene ADENILATO (Anidride mista)

α

L’acido grasso deve essere attivato per mezzo della

ACIL-CoA SINTETASI (famiglia di isozimi specifici

per ac. grassi a catena corta, media o lunga)

Nelson-Cox - I principi di Biochimica di Lehninger – Zanichelli editore spa Copyright 2014

Gli ac. grassi attivati devono essere trasferiti nel mitocondrio, dove si trovano tutti gli enzimi deputati alla loro ossidazione. Nelle piante il sito principale della β-ossidazione degli ac. grassi sono i perossisomi.

Ac. grassi con catene non più lunghe di 12 atomi di carbonio: attraversano la membrana mitocondriale interna.

Ac. grassi con catene più lunghe necessitano di un sistema navetta costituito dalla CARNITINA

carnitina

-C=OlR

Acil-carnitina

HS-CoA

carnitina aciltrasferasi I

Il trasferimento degli ac.grassi via carnitina dentro il mitocondrio è la tappa limitante di tutto il processo di ossidazione degli ac.grassi

I pools di CoA citosolico e mitocondriale sono tenuti separati

Il CoASH citosolico serve per i processi di sintesi (Biosintesi acidi grassi).Il CoASH mitocondriale per i processi catabolici (decarbossilazione ossidativa delpiruvato; ossidazione ac. grassi e di alcuni aminoacidi)

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D. Voet, J.G. Voet, C.W. Pratt. FONDAMENTI DI BIOCHIMCA 2/E, ZANICHELLI EDITORE S.p.A. Copyright 2007

β-OSSIDAZIONE di un Ac. Grasso Saturo con n°PARI di atomi di carbonio

Deidrogenazione FAD-dipendente del legame Cα-Cβ per mezzo della Acil-CoA deidrogenasi che è legata alla membrana mitocondriale interna)

Idratazione (introduciamo un gruppo –OH sul Cβ) per mezzo della enoil-CoAidratasi

β-idrossi-acil-CoA

ETF = flavoproteinatrasportatrice di elettroni

Trans-∆2enoil-CoA

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al Complesso I

Il Cα si trova fra 2 gruppi C = O, ciò rende meno stabili i legami C-C del Cα. La funzione chetonica sul Cβ lo rende un buon elettrofilo suscettibile all’attacco del gruppo tiolico del CoASH

Per gli ac. grassi con 12 o più atomi di carbonio le ultime 3 tappe sono catalizzate da un complesso multienzimatico associato alla membrana mitocondriale interna (PROTEINA

TRIFUNZIONALE –TFP-), che consente un incanalamento dei substrati da un sito attivo all’altro. Quando la catena si accorcia a < 12 C, il processo è seguito dagli enzimi della matrice.

al Ciclo di Krebs

α

CoASH

S-CoA

Ossidazione del Cβ per mezzo della β-idrossiacil-CoA deidrogenasi NAD-dipendente. Si forma NADH.

Per ossidare completamente una molecola dipalmitato (16 atomi di C) occorrono 7 cicli di β-ossidazione e sono rilasciate 8 molecole di Acetil-CoA.Inoltre complessivamente sono prodotti:

7 FADH2 e 7 NADH

8 Acetil-CoA >> Krebs >> 8 GTP (ATP) + 24 NADH + 8 FADH2

Fosforilazione ossidativa >> 60 ATP + 12 ATP

TOT = 80 + 28 ATP – 2 (consumati per l’attivazione dell’ac. grasso)106 ATP

(da 1 glucosio se ne ottengono 36 o 38)

Fosforilazione ossidativa >> 10.5 ATP + 17.5 ATP = 28 ATP

se: FADH2/1.5 ATP; NADH/2.5 ATP

80 ATP

C16

β-OSSIDAZIONE DI UN ACIDO GRASSO DISPARI

L’ultimo ciclo rilascia 1 Acetil-CoA e 1 Propionil-CoA (unità tricarboniosa)

+ biotinaPropionil-CoA carbossilasi

Convertito in Succinil-CoA ciclo di Krebs

Metilmalonil-CoA epimerasi

Metilmalonil-CoA mutasi (cobalammina)

Diventa L

α

α αβ

CHETOGENESI (PRODUZIONE DI CORPI CHETONICI)

Bassa glicemia (es.: digiuno) o di Diabete mellito non trattato (insufficiente captazione insulino-dipendente di glucosio)

La glicolisi è inibita ma non la β-ossidazione degli ac. grassi che

continua a produrre grandi quantità di

acetil-CoA

Viene accelerata la gluconeogenesi epatica

e renale che sottrae ossalacetato al ciclo di

Krebs bloccandolo.

Accumulo di Acetil-CoA.

I corpi chetonici sono molecole carburante che rilasciante nel torrente circolatorio

riforniscono di energia metabolica le cellule cerebrali, cardiache e della corteccia renale

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In condizioni di bassa glicemia sotto effetto del GLUCAGONE attraverso la via cAMP/PKA è

attivata la mobilizzazione dei trigliceridi di riserva che libera GLICEROLO e ACIDI GRASSI

2 molecole di Acetil-CoA sono condensate

Una 3a molecola di Acetil-CoA è condensata

HMG-CoAsintasi

liasi

1 Acetil-CoA è rilasciato

12

Deidrogenasi

β-chetolasi

Sono resi disponibili 2 CoA-SH e 1 NAD+

β

β α

FumaratoMalato

Ossalacetato

Acetoacetato e idrossibutirrato entrano nei mitocondri delle cellule che li utilizzano, dove vengono convertiti in Acetil-CoA

Complesso II (viene riattivata la fosforilazione ossidativa)

VIENE RIATTIVATO IL CICLO DI KREBS

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SINTESI DEGLI ACIDI GRASSI

>> per sintetizzare acidi grassi è necessario avere nel citosol: Acetil-CoA, Malonil-CoA e NADPH

>> Avviene nel citosol. Nei mammiferi principalmente negli epatociti e negli adipociti.

>> l’Acetil-CoA è prodotto nel mitocondrio ma in condizioni di accumulo energetico viene traslocato fuori dal mitocondrio per mezzo del citrato con un processo che è associato alla riduzione di NADP+ a NADPH.

>> Il malonil-CoA è prodotto nel citosol a partire dall’acetil-CoA.

Durante il processo di biosintesi viene consumato ATP

consumo di ATP

1a reazione del ciclo di Krebs

CITRATO

OSSALACETATO + ACETIL-CoA

malato deidrogenasi citosolica

enzima malico(riduzione di NADP+)

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Acetil-CoA carbossilasi

biotina

un gruppo malonilico e un gruppo acetilico vengono trasferiti sul complesso enzimatico dell’ACIDO GRASSO SINTASI

nei mammiferi è un polipeptide con 6 domini ciascuno dei quali ha una sua attività enzimatica

(MAT) Malonil/acetil-CoA-ACP transferasi

(KS) β-chetoacil-ACP sintasi

(DH) β-idrossiacil-ACP deidratasi

(ER) Enoil-ACP reduttasi (KR) β-chetoacil-ACP reduttasi

(ACP) proteina trasportatrice di acili

(MAT) Malonil/acetil-CoA-ACP transferasi

(KS) β-chetoacil-ACP sintasi

(ACP) proteina trasportatrice di acili

Malonil-CoA –ACPTrasferasi (MAT)

L’Acetile viene legato al gruppo tiolico di un residuo di Cys del dominio KS (chetoacil-ACP sintasi). Il malonile viene

caricato sull’ACP per mezzo del dominio MAT

ACP (Acyl Carrier Protein) = coenzima proteico contenente un residuo di fosfopanteteina, possiede dunque un gruppo reattivo SH con cui forma un

legame tioestere con il malonile

CONDENSAZIONECatalizzata dalla

β-chetoacil-ACP-sintasi(KS)

β-chetobutirril-ACP

VIENE ELIMINATA CO2 E SI FORMA UN β-CHETOACILE CHE RIMANE LEGATO ALL’ACP

KS

KS

KS

S ̶ KS

S ̶ ACP

RIDUZIONECatalizzata dalla β-chetoacil-ACP-

reduttasi (KR)

β-chetobutirril-ACP

β-idrossibutirril-ACP

Viene ridotto il gruppo carbonile βa spese del NADPH

H2O

β

DEIDRATAZIONEβ-idrossiacil-ACPdeidratasi (DH)

β α

β

trans-Δ2-butenoil-ACP

Viene ridotto il doppio legame a spese del NADPH

Riduzione catalizzata dalla Enoil-ACP-reduttasi (ER)

Butirril-ACP

trans-Δ2-Butenoil-ACP

NADPH + H+

NADP+

La catena acilica (4 atomi di C) viene trasferita dal braccio mobile dell’ACP sul gruppo SH del residuo

di cisteina del dominio KS

Il braccio mobile dell’ACP, di nuovo libero, può accogliere una successiva molecola di malonil-CoA e iniziare un

nuovo ciclo di allungamento

L’allungamento, in genere procede sino a 16 atomi di C e il principale prodotto dell’ACIDO GRASSO SINTASI è il palmitato (16 atomi di C, saturo).

Quando la sintesi è completata l’acido grasso è rilasciato mediante una tioesterasi.

Ac grassi a catena più lunga di 16 C sono prodotti per allungamento del palmitato aggiungendo unità acetiliche da parte di un sistema enzimatico che

agisce nel reticolo endoplasmatico liscio

Le insaturazioni negli ac. grassi insaturi sono introdotte da una serie di DESATURASI specifiche che agiscono in sequenza (reticolo endoplasmatico liscio)

La degradazione degli acidi grassi così come la loro biosintesi è fortemente regolataattiva solo quando la cellula richiede energia ed è bloccata quando è

attiva la biosintesi

1) La mobilizzazione di acidi grassi dalle riserve di trigliceridi è sotto controllo ormonale

2) La produzione di MALONIL-CoA è sotto controllo ormonale, infatti l’Acetil-CoA Carbossilasi (ACC) è regolata dal sistema PKA/proteina-fosfatasi 2A

L’accesso degli ac. grassi nel mitocondrio è fortemente condizionato dalla disponibilità di carnitina e dal funzionamento del sistema navetta ad essa connesso. La carnitina-Aciltrasferasi I è inibita dal Malonil-CoA (precursore degli ac. grassi)

L’Acetil-CoA carbossilasi è regolata anche dal:- palmitoil-CoA (inibitore retroattivo)- citrato (attivatore allosterico che ne aumenta la Vmax)

quando la produzione mitocondriale di Acetil-CoA e ATP aumenta eccessivamente, il citrato è esportato nel citosol.

1) diventa precursore dell’Acetil-CoA citosolico2) attiva l’Acetil-CoA carbossilasi accelerando la sintesi

di ac.grassi.3) inibisce la fosfofruttochinasi-1, rallentando la glicolisi