Biochimica 2

DELLA GOCCIA LIPIDICA E OSSIDAZIONE TRIGLICERIDI AD ACIDI GRASSI + GLICEROLO

ACCUMULO

Il tessuto adiposo è in grado di accumulare gli acidi grassi in eccesso nel torrente sanguigno grazie alla presenza di

lipasi localizzate nell’intima dei capillari i quali vanno a liberare gli acidi grassi trasportati nelle lipoproteine sotto forma di

trigliceridi.

Successivamente gli acidi grassi liberi vengono riesterificati a trigliceridi e vengono immagazzinati nel tessuto adiposo

sotto forma di gocce lipidiche.

Il processo di accumulo è stimolato dall’insulina.

BIOSINTESI DEGLI ACIDI GRASSI

La biosintesi e la degradazione degli acidi grassi sono due processi distinti, che avvengono in due siti distinti. La

degradazione degli acidi grassi avviene nei mitocondri, mentre la biosintesi(quindi sintesi di lipidi all’interno

dell’organismo stesso, non derivanti dalla dieta) avviene nel citoplasma degli epatociti.

Non è possibile trasformare gli acidi grassi in carboidrati, poiché l’organismo umano non possiede gli enzimi per

convertire l’acetil-CoA in precursori della gluconeogenesi.

Il processo di biosintesi consiste nel susseguirsi di 4 reazioni catalizzate dal complesso multi enzimatico dell’acido

grasso sintasi.

Il ciclo si ripete, aggiungendo ogni volta 2 atomi di carbonio alla catena idrocarburica, fino a quando viene raggiunta la

conformazione dell’acido palmitico a 16C(l’acido palmitico è il principale prodotto del complesso acido grasso sintasi ed

è anche precursore di altri acidi grassi a catena lunga), punto in cui il prodotto lascia il ciclo di reazioni.

Reazione 1: ACETIL-COA + CO2  MALONIL-COA

L’energia per la biosintesi degli acidi grassi viene fornita dall’ATP, utilizzata per la produzione di Malonil-CoA, grazie

all’enzima acetil-CoA carbossilasi, a partire da Acetil-CoA e CO2. Il malonil-CoA quindi è il primo composto intermedio

della biosintesi citosolica degli acidi grassi e il suo aumento di concentrazione va ad inibire la betaossidazione degli

acidi grassi andando ad agire sul sistema shuttle della carnitina.

Quando nel mitocondrio viene prodotta energia in eccesso, praticamente aumentano le concentrazioni di Acetil-Coa ed

ATP, essendo la membrana mitocondriale impermeabile all’acetil-Coa, esso viene esportato al di fuori dell’ambiente

mitocondriale, verso l’ambiente citosolico mediante un processo indiretto.

L’acetil CoA entra dunque nel Ciclo di Krebs dove reagisce con l’ossalacetato, formando così il citrato, grazie all’azione

dell’enzima citrato sintasi(reazione 1 del ciclo di krebs). Il citrato, mediante uno specifico trasportatore di membrana

mitocondriale, verrà portato fuori dal mitocondrio, ossia nel citosol, dove avverrà la scissione del citrato ad opera

dell’enzima citrato liasi, in ossalacetato ed acetil CoA. L’acetil CoA sarà a disposizione del meccanismo di biosintesi

degli acidi grassi e, se prodotto in eccesso, verrà usato per la sintesi di nuovo acidi grassi da ossidare(betaossidazione)

o immagazzinare sotto forma di trigliceridi o fosfolipidi.

In quanto all’ossalacetato invece verrà trasportato nuovamente nel mitocondrio mediante un meccanismo indiretto che

consta di 2 reazioni:

1. OSSALACETATO  MALATO (mediante l’enzima malato deidrogenasi)

2.DECARBOSSILAZIONE OSSIDATIVA: MALATO  PIRUVATO (mediante l’enzima piruvato carbossilasi)

REGOLAZIONE BIOSINTESI ACIDI GRASSI

Quando c’è energia in eccesso nel mitocondrio(ossia aumenta la concentrazione di ATP ed Acetil-CoA), si forma il

citrato dalla reazione tra acetil-Coa ed ossalacetato, il quale viene trasportato fuori dal mitocondrio mediante un

meccanismo indiretto,ossia grazie alla trasformazione in malato prima ed in piruvato dopo, determinando:

-Attivazione della biosintesi degli acidi grassi: Il citrato è il precursore dell’acetil-CoA citosolico che rappresenta il

segnale allosterico per l’attivazione dell’enzima acetil-coA carbossilasi (catalizza acetil-CoA+co2malonil-CoA)

-Inibizione della glicolisi: il citrato inibisce l’attivazione della fosfofruttokinasi(PFK- reazione 3 della glicolisi) inibendo

così l’intero processo gli colitico.

Questi due processi non avvengono simultaneamente, in quanto uno disattiva l’altro.

Quindi, quando viene prodotta energia in eccesso nel mitocondrio, viene stimolata l’attivazione della biosintesi degli

acidi grassi e viene inibita la beta ossidazione. Questi due processi non possono avvenire simultaneamente, in quanto,

il primo intermedio della biosintesi citosolica degli acidi grassi, il malonil-CoA va ad inibire la betaossidazione agendo sul

sistema shuttle della carnitina, ma anche perché si verrebbe a creare un ciclo futile con dispendio di energia.

L’acetil-CoA carbossilasi è dotato di un sistema di attivazione ormonale: gli ormoni glucagone adrenalina innescano una

reazione di fosforilazione cellulare con conseguente fosforilazione dell’enzima (lo disattivano), il quale inattivato blocca

la biosintesi degli acidi grassi. L’insulina attiva la biosintesi degli acidi grassi e dei trigliceridi.

BIOSINTESI DEI TRIGLICERIDI

L’uomo può immagazzinare fino a 15 kg di trigliceridi, i quali possono fornire energia al corpo per almeno 12 settimane.

L’energia fornita da un trigliceride, deriva per il 95% dalla catena di acido grasso e solo il restante 5% dal glicerolo.

Gli acidi grassi che formano i trigliceridi, possono derivare dalla dieta oppure dalla conversione nel fegato di carboidrati

o proteine in eccesso introdotte con la dieta.

La biosintesi dei trigliceridi avviene a partire da due precursori:

-Acetil-CoA: deriva dagli acidi grassi attivati dall’acil-CoA sintetasi;

-L-Glicerolo-3-fosfato: si forma nel citosol a partire dal diidrossiacetone fosfato(DAP).

BETAOSSIDAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI

La betaossidazione è un processo che avviene nei mitocondri e consiste in 4 passaggi, durante i quali vengono sottratte

delle unità bi carboniose dalle catene degli acidi grassi sotto forma di Acetil-CoA(per ogni acetil-CoA che si forma

vengono sottratti 4H dalle deidrogenasi). Il ciclo si ripete fino a quando la catena a 16C(palmitato) non è stata

completamente convertita in 8 Acetil-CoA.

Gli acidi grassi aventi catene composte da un numero inferiore a 12 atomi di carbonio possono entrare direttamente nel

mitocondrio senza l’intervento di specifici trasportatori di membrana; quelli formati da un numero maggiore o uguale a

14 atomi di carbonio, per entrare nel mitocondrio devono prima subire una sequenza di 3 reazioni che rappresentano il

cosiddetto sistema navetta o shuttle della carnitina, considerata una fase preparatoria della betaossidazione:

1.ATTIVAZIONE DEGLI ACIDI GRASSI: tale reazione è catalizzata da un enzima detto acil-CoA-sintetasi, sito nella

membrana mitocondriale, che catalizza due reazioni successive:

- ATP + FA  PPI + ACIL-ADENILATO (ppi idrolizzato mediante l’enzima pirofosfatasi inorganica)

- ACIL-ADENILATO + CoA(mediante legame covalente)  ACIL-COA(composto ad elevato contenuto energetico) con

liberazione di AMP.

L’acil-CoA potrà avere due destini: o mandato nel citosol per la biosintesi dei lipidi, oppure nel mitocondrio per essere

ossidato. L’acil-CoA destinato all’ossidazione sarà soggetto alle altre due reazioni dello shuttle della carnitina:

2. TRASPORTO DEL MITOCONDRIO MEDIANTE CARNITINA

GRUPPO ACILE(che non può attraversare la membrana mitocondriale) + CARNITINA  ACIL-CARNITINA(MEDIANTE

L’ENZIMA CARNITINA-ACILTRASFERASI I E CON LIBERAZIONE DI CoA CITOSOLICO).

Il prodotto di tale reazione penetra nella matrice mitocondriale grazie all’azione di uno specifico trasportatore.

3. ACIL-CARNITINA + mtCoA  ACIL-CoA + CARNITINA LIBERA(che uscirà dalla matrice mitocondriale),mediante

l’azione dell’enzima carnitina acil-trasferasi II

Dopo la fase preparatoria dello shuttle della carnitina può iniziare la betaossidazione degli acidi grassi, che abbiamo

detto essere formata da 4 reazioni successive. Vediamo ora la betaossidazione degli acidi grassi saturi,ossia quelli che

non contengono doppi legami all’interno della loro catena idrocarburica.

1. ACIL-CoA + FAD  ENOIL-CoA + FADH2

Si tratta di una reazione di deidrogenazione catalizzata dall’enzima acil-CoA-deidrogenasi(FAD dipendente e formato da

3 isoenzimi,ciascuno specifico per ogni tipo di catena di acido grasso:

-Acil-CoA-deidrogenasi a catena lunga: 12C-18C

-“ “ a catena media: 4C-14C

-“ “ a catena corta: 4C-8C)

il quale permette la formazione di un doppio legame tra il carbonio alpha ed il carbonio beta, ottenendo così enoil-CoA;

gli H persi grazie alle deidrogenasi si legano al FAD, il quale si riduce poi a FADH2.

2. IDRATAZIONE: l’enzima enoil-CoA-idratasi, aggiunge una molecola d’acqua all’enoil-CoA, ottenendo L-b-idrossiacil-

CoA;l’aggiunta di una molecola di acqua tra il carbonio alpha ed il carbonio B, determina la scomparsa del doppio

legame, generando così L-b-idrossiacil-CoA.

ENOIL-COA + H2O  L-B-IDROSSIACIL-COA

3. DEIDROGENAZIONE: l’ L-b-idrossiacil-CoA subisce una deidrogenazione ad opera dell’enzima L-b-idrossiacil-CoA-

deidrogenasi, il quale usa il NAD per ossidare il substrato, ottenendo così b-chetoacil-CoA + NADH.

L-B-IDROSSIACIL-COA +NADB-CHETOACIL-COA +NADH ( mediante l’enzima L-b-idrossiacil-CoA deidrogenasi).

4. TIOLASI: il b-chetoacil-CoA reagisce con il CoA e mediante l’azione dell’enzima tiolasi, o enzima acil-CoA-

aciltrasferasi, si forma acetil-Coa ed acil-CoA. L’enzima quindi scinde il chetoacido formando quindi acetil-CoA ed acil-

CoA con catena più corta in quanto avviene la lisi di un frammento a 2C.

B-CHETOACIL-COA + COA  ACETIL-COA + ACIL-COA (mediante l’enzima acil-CoA acetiltrasferasi o semplicemente

tiolasi).

Il guadagno energetico della betaossidazione degli acidi grassi è di 4 ATP:

-2,5 ATP si ottengono dalla sottrazione di 2H dal NAD

-1,5 ATP si ottengono dalla sottrazione di 2H dal FAD

BETAOSSIDAZIONE ACIDI GRASSI INSATURI

La prima reazione è identica alla betaossidazione degli acidi grassi saturi, dopo di che si presenta un problema: dato

che i doppi legami degli acidi grassi insaturi sono in configurazione cis, sono resistenti all’enzima enoil-CoA idratasi(che

riconosce solo i doppi legami trans), per cui c’è bisogno di altri due enzimi:

1. Un enzima ISOMERASI

2. Un enzima REDUTTASI

BETAOSSIDAZIONE ACIDO GRASSO MONOINSATURO(1 SOLO DOPPIO LEGAME)

L’enzima enoil-CoA isomerasi converte il doppio legame da cis a trans, in modo che la betaossidazione prosegua

normalmente.

BETAOSSIDAZIONE ACIDI GRASSI POLINSATURI(2 O PIU’ DOPPI LEGAMI)

L’enzima enoil-CoA isomerasi converte il primo doppio legame da cis a trans; il secondo doppio legame invece viene

trasformato