Biochimica 2

METABOLISMO DEL GLICEROLO RILASCIATO DALLA LIPASI:

• il glicerolo attraverso l'enzima glicerolo chinasi con utilizzo di ATP e liberazione di

ADP

• viene convertito in glicerolo 3-fosfato che attraverso l'enzima glicerolo 3-fosfato

+

deidrogenasi con riduzione del NAD a NADH

• viene convertito in diidrossiacetone fosfato che attraverso l'enzima trioso fosfato

isomerasi

• viene convertito in gliceraldeide 3 fosfato ossidata nella via glicolitica

ATTIVAZIONE E TRASPORTO NEI MITOCONDRI DEI FA:

Gli enzimi per l'ossidazione dei FA sono nella matrice mitocondriale. Gli acidi grassi con

catena non più lunga di 12 atomi di carbonio possono entrare nei mitocondri senza l'aiuto

di trasportatori di membrana. Quelli con 14 o più atomi di carbonio, che costituiscono la

maggior parte degli acidi grassi liberi ottenuti dalla dieta o rilasciati dal tessuto adiposo,

non possono passare direttamente attraverso la membrana mitocondriale, ma devono

prima subire una serie di 3 reazioni enzimatiche dette sistema navetta o sistema shuttle

della carnitina.

Le 3 reazione del sistema navetta della carnitina sono:

• l'enzima acil-CoA sintetasi catalizza la formazione di un legame tioestere tra il

gruppo carbossilico dell'acido grasso e il gruppo tiolitico del coenzima A formando

acil-CoA, contemporaneamente l'ATP subisce una scissione in AMP e PPi.

L'energia liberata dalla scissione dell'ATP può essere accoppiata alla formazione di

un altro composto ad alta energia. Il PPi formato precedentemente viene idrolizzato

dall'enzima pirofosfatasi inorganica.

Abbiamo l'acil-CoA (siamo nel lato citosolico della membrana mitocondriale

esterna) che può essere trasportato nel mitocondrio per l'ossidazione o nel citosol

per sintetizzare i lipidi di membrana.

• gli acidi grassi destinati all'ossidazione sono legati al gruppo ossidrilico della

carnitina formando acil-carnitina ad opera dell'enzima carnitina acil-trasferasi 1. Il

trasferimento dell'estere acil-carnitina nello spazio intermembrana avviene

attraverso pori nella membrana esterna. Mentre la membrana interna viene

attraversata mediante diffusione facilitata effettuata dal trasportatore acil-

carnitina/carnitina.

• l'enzima carnitina acil-trasferasi 2 rigenera l'acil-CoA che viene rilasciato insieme

alla carnitina libera nella matrice. La carnitina rientra nello spazio tra le due

membrane attraverso il trasportatore acil-carnitina/carnitina.

Il processo d'ingresso dei FA attraverso le 3 tappe:

• tioesterificazione con il CoA

• transesterificazione con carnitina e trasporto

• seconda transesterificazione con il CoA

Ha l'effetto di mantenere separati il CoA citosolico e il CoA mitocondriale perché hanno

funzioni diverse.

CoA mitocondriale: deputato alla degradazione ossidativa del piruvato, dei FA e degli

amminoacidi.

CoA citosolico: deputato alla biosintesi dei FA.

Questo processo è la tappa limitante per l'ossidazione dei FA ed è un buon sistema di

regolazione.

OSSIDAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI:

E' composta da 3 fasi. La prima è la β-ossidazione degli acidi grassi in cui vengono

rimosse unità bicarboniose sotto forma di acetil-CoA. Esempio: Acido Palmitico (16C)

subisce sette passaggi della sequenza ossidativa perdendo in ogni passaggio una unità

bicarboniosa come acetil-CoA. Il risultato complessivo è la conversione della catena a

16C in 8 acetil-CoA. Durante la formazione di 1 acetil-CoA vengono rimossi 4 atomi di

idrogeno dalle deidrogenazioni. Nella seconda il ciclo di Krebs ossida l'acetil-CoA prodotto

dall'ossidazione degli acidi grassi entra quindi in una via di ossidazione comune, percorsa

anche dall'acetil-CoA derivato dal glucosio attraverso la glicolisi e l'ossidazione del

piruvato. Nella terza la catena respiratoria riceve gli elettroni provenienti dal NADH e

FADH (ridotti nel ciclo) li cede all'O2 e produce ATP dalla fosforilazione dell'ADP.

2

L'energia rilasciata dall'ossidazione dei FA viene conservata in ATP.

β

-OSSIDAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI SATURI (SOLO LEGAMI SINGOLI) 4 FASI:

Gli acil-CoA vengono degradati attraverso una serie di 4 reazioni sequenziali che

compongono ciascun ciclo di β-ossidazione.

• ossidazione/deidrogenazione: 2

α β Δ

Produce un doppio legame tra gli atomi di carbonio e , formando trans

-enoil-CoA, catalizzato dall'acil-CoA-deidrogenasi. Gli elettroni rimossi dall'acil-CoA

sono trasferiti al FAD e la forma ridotta della deidrogenasi dona immediatamente

questi elettroni ad un trasportatore di elettroni della catena mitocondriale (ETF).

Azione analoga alla succinato deidrogenasi del ciclo di Krebs.

• idratazione: β-

Viene aggiunta una molecola d'acqua formando idrossiacil-CoA ad opera

dell'enoil-CoA-idratasi. Azione analoga a quella della fumarasi del ciclo di Krebs.

• ossidazione/deidrogenazione:

β β

Dal -idrossiacil-CoA a -chetoacil-CoA, catalizzata da una specifica deidrogenasi

β

+

NAD dipendente ( -idrossiacil-CoA deidrogenasi) con produzione di NADH che

dona gli elettroni alla NADH deidrogenasi (trasportatore della catena). Azione

analoga alla malato deidrogenasi del ciclo di Krebs.

• tiolasi: β

la quarta e ultima fase è catalizzata dall'acil-CoA aciltrasferasi (tiolasi), in cui il -

chetoacil-CoA reagisce con una molecola di coenzima A libero, staccando un

frammento a due atomi di carbonio sotto forma di acetil-CoA dalla regione

carbossiterminale dell'acido grasso originale. L'altro prodotto della reazione è il

tioestere dell'acido grasso con il coenzima A, ora accorciato di 2C. La reazione

β

viene detta tiolisi per analogia con il processo di idrolisi, in quanto il -chetoacil-

CoA viene scisso mediante una reazione con il gruppo tiolitico del coenzima A.

Il legame singolo carbonio-carbonio che unisce i gruppi metilenici (-CH -) negli acidi

2

β

grassi è piuttosto stabile. La sequenza delle reazioni della -ossidazione è un efficace

meccanismo per destabilizzarlo formando un derivato che può essere più facilmente

scisso dalla tiolasi. β

Le quattro reazioni della -ossidazione si ripetono formando acetil-CoA e ATP. In un

β

unico passaggio attraverso la sequenza di reazioni della -ossidazione degli FA

- +

vengono rimossi dalla catena dell'acetil-CoA 2e , 4 protoni (H ) e 1 molecola di acetil-

CoA e la catena acilica si accorcia di due atomi di carbonio.

1 ciclo = 1 acetile (12ATP) + 1 NADH (3ATP) + 1 FADH (2ATP) = 17ATP

2

Nel caso del Palmitoil-CoA (16C): +

Palmitoil-CoA + 7CoA + 7FAD + 7NAD + 7H O 8acetil-CoA + 7FADH + 7NADH +

2 2

+

7H

[7 cicli x (17ATP) + 1acetile finale(12ATP)] = 131 ATP

Il costo energetico per l'attivazione di un acido grasso corrisponde a 2 molecole di ATP,

quindi il guadagno netto che si ha dall'ossidazione di una molecola di palmitato è 129

ATP.

L'OSSIDAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI INSATURI (UNO O PIU' DOPPI LEGAMI):

I doppi legami sono nella configurazione cis e sono resistenti all'azione dell'enoil-CoA

2

Δ

idratasi, l'enzima che catalizza l'aggiunta di H O al doppio legame trans del -enoil-

2

β β

CoA prodotto dalla -ossidazione. Sono necessari altri due enzimi per la -

ossidazione degli FA insaturi: un ISOMERASI e una REDUTTASI.

9

Δ

- ACIDO GRASSO MONOINSATURO: es. oleato, 18C, cis

La fase iniziale è la stessa, viene convertito in oleil-CoA, entra con lo shuttle della

β

carnitina, va incontro a 3 cicli di -ossidazione formando acetil-CoA e un tioestere del

3 3

Δ Δ

FA insaturo, con il CoA, il cis- -dodecenil-CoA. Questo composto non può subire

β

un altro ciclo di -ossidazione perché l'enzima che dovrebbe agire (l'enoil CoA idratasi)

3 2

Δ , Δ

riconosce solo i doppi legami trans. L'enzima ausiliario -enoil-CoA idratasi

converte il doppio legame da cis a trans, l'enzima idratasi può agire e formare il

β β

corrispondente -idrossiacil-CoA, così la -ossidazione continua.

9 12

Δ Δ

- ACIDI GRASSI POLINSATURI: es. linoleato, 18C, cis , cis

β

Va incontro alla -ossidazione che procede fino alla formazione di un tioestere con il

3 6

Δ Δ β

CoA di FA insaturo, 12C, cis cis . Non può essere utilizzato dalla -ossidazione

perché i doppi legami sono nella posizione non corretta. L'azione combinata di enoil-

CoA-isomerasi e 2,4-dienoil-CoA-reduttasi consente all'intermedio di entrare nella via

β

-ossidativa e di essere degradato ad acetil-CoA.

OSSIDAZIONE COMPLETA DEGLI ACIDI GRASSI CON NUMERO DISPARI DI

ATOMI DI CARBONIO:

Gli acidi grassi a catena dispari sono presenti nei lipidi delle piante e in alcuni

organismi marini. Gli acidi grassi a catena dispari sono ossidati nello stesso modo di

quelli a catena pari, iniziando dall'estremità carbossilica della catena. Il substrato che

β

entra nell'ultimo ciclo della -ossidazione è però un acido grasso a 5 atomi di carbonio

che viene scisso in:

• acetil-CoA che entra nel ciclo di Krebs

• proprionil-CoA

Il proprionil-CoA segue un'altra via costituita da 3 reazioni:

• carbossilazione:

il proprionil-CoA viene carbossilato formando D-metilmolonil-CoA ad opera della

proprionil-CoA-carbossilasi. Come nella piruvato carbossilasi viene utilizzata la

biotina e sfruttata l'energia fornita dalla scissione dell'ATP

• epimerizzazione:

si forma L-metilmalonil-CoA dalla metilmalonil-CoA-epimerasi

• riarrangiamento intramolecolare:

si forma succinil-CoA dall'enzima metilmalonil-CoA-mutasi, che utilizza il

coenzima B12. Il succinil-CoA entra nel ciclo di Krebs

REGOLAZIONE DELL'OSSIDAZIONE DEI FA:

• il primo punto di regolazione è lo shuttle della carnitina

• la concentrazione di malonil-CoA (il primo intermedio della biosintesi citosolica

dei FA a catena lunga a partire dall'acetil-CoA) aumenta quando l'animale è ben

rifornito di carboidrati. L'eccesso di glucosio che non può essere convertito in

glicogeno viene convertito in FA. Il malonil-CoA inibisce la carnitina acil-

trasferasi 1 rallentando l'ossidazione dei FA, quando il fegato ha a disposizione

molto glucosio e sta sintetizzando l'eccesso in trigliceridi

β

• la presenza di ATP inibisce 2 enzimi della -ossidazione

I CORPI CHETONICI:

Si formano nel fegato, vengono utilizzati come sostanze energetiche nei tessuti

extraepatici, attraverso l'ossidazione di acetil-CoA e l'ingresso nel ciclo d