A síntese lipídica é uma série de reações enzimáticas pelas quais os hidrocarbonetos são condensados para formar cadeias curtas de moléculas de cadeia mais longa que podem subsequentemente sofrer várias modificações químicas.
Os lipídios são uma classe de biomoléculas altamente variadas sintetizadas por todas as células vivas e especializadas em múltiplas funções essenciais para a manutenção da vida celular.
Os lipídios são os principais componentes das membranas biológicas, fato que as torna moléculas fundamentais para a existência de células como entidades isoladas de seu ambiente.
Além disso, alguns lipídios têm funções especializadas como pigmentos, cofatores, transportadores, detergentes, hormônios, mensageiros intra e extracelulares, âncoras covalentes para proteínas da membrana, etc. Portanto, a capacidade de sintetizar diferentes tipos de lipídios é fundamental para a sobrevivência de todos os organismos vivos.
Este grande grupo de compostos é tradicionalmente classificado em várias categorias ou subgrupos: ácidos graxos (saturados e insaturados), glicéridos (fosfoglicerídeos e glicéridos neutros), lipídios não glicéridos (esfingolípidos (esfingomielinas e glicolipídios), esteróides e ceras) e lipídios complexos (lipoproteínas).
Tipos lipídicos e seus principais mecanismos de síntese
Todas as seqüências de reação das vias de biossíntese lipídica são endergônicas e redutivas. Em outras palavras, todos usam o ATP como fonte de energia e um transportador de elétrons reduzido, como o NADPH, como potência redutora.
A seguir, serão descritas as principais reações das vias biossintéticas dos principais tipos de lipídios, ou seja, de ácidos graxos e eicosanóides, de triacilgliceróis e fosfolipídios e de esteróis (colesterol).
– Síntese de ácidos graxos
Os ácidos graxos são moléculas extremamente importantes do ponto de vista lipídico, pois fazem parte dos lipídios mais relevantes nas células. Sua síntese, ao contrário do que muitos cientistas pensaram durante os primeiros estudos a esse respeito, não consiste na via inversa de sua β-oxidação.
De fato, essa via metabólica ocorre em diferentes compartimentos celulares e requer a participação de um intermediário de três átomos de carbono conhecido como malonil-CoA, que não é necessário para a oxidação.
Além disso, está intimamente relacionado com os grupos sulfidrilo de proteínas conhecidas como veículo de grupos acilo (ACP, por Inglês acilo Proteínas de Transporte ).
Em geral, a síntese de ácidos graxos, especialmente a de ácidos graxos de cadeia longa, é um processo seqüencial em que quatro etapas são repetidas em cada “rodada” e durante cada rodada é produzido um grupo acil saturado que é o substrato para a próxima , que envolve outra condensação com uma nova molécula de malonil-CoA.
Em cada turno ou ciclo de reação, a cadeia de ácidos graxos estende dois carbonos, até atingir um comprimento de 16 átomos (palmitato), após o qual sai do ciclo.
Formação de Malonyl-CoA
Este intermediário de três átomos de carbono é irreversivelmente formado a partir de acetil-CoA, graças à ação de uma enzima acetil-CoA carboxilase, que possui um grupo protético de biotina que está covalentemente ligado à enzima e que participa dessa catálise. Dois passos.
Nesta reação, um grupo carboxila derivado de uma molécula de bicarbonato (HCO3-) é transferido para biotina de maneira dependente de ATP, onde o grupo biotinila cumpre o papel de “transportador temporário” da molécula enquanto a transfere para acetil-Coa , produzindo malonil-CoA.
Na sequência de síntese de ácidos graxos, o agente redutor utilizado é o NADPH e os grupos ativadores são dois grupos tiol (-SH) que fazem parte de um complexo multienzimático denominado ácido graxo sintase, o mais importante na catálise. sintético.
Nos vertebrados , o complexo de ácidos graxos sintase faz parte de uma única cadeia polipeptídica grande, na qual estão representadas as 7 atividades enzimáticas características da via de síntese, bem como a atividade hidrolítica necessária para liberar os intermediários no final do processo. síntese.
As 7 atividades enzimáticas desse complexo são: proteína transportadora do grupo acil (ACP), acetil-CoA-ACP transacetilase (AT), β-cetoacil-ACP sintase (KS), malonil-CoA-ACP transferase (MT), β- cetoacil-ACP redutase (KR), β-hidroxiacil-ACP desidratase (HD) e enoil-ACP redutase (ER).
Antes que ocorram reações de condensação para montar a cadeia de ácidos graxos, os dois grupos tiol no complexo enzimático são “carregados” com os grupos acil: primeiro, um acetil-CoA é transferido para o grupo -SH de um cisteína na parte β-cetoacil-ACP sintase do complexo, reação catalisada pela enzima acetil-CoA-ACP transacetilase (AT).
Posteriormente, um grupo malonil é transferido de uma molécula de malonil-CoA para o grupo -SH do transportador do grupo acil (ACP) parte do complexo enzimático, uma reação catalisada por uma enzima malonil-CoA-ACP transferase (MT), que também faz parte do complexo de ácidos graxos sintase.
A sequência de quatro reações para cada “turno” do ciclo de reação é a seguinte:
- Condensação: Os grupos acetila e malonila “carregados” na enzima condensam-se para formar uma molécula acetoacetil-ACP, que é ligada à fração ACP através de um grupo -SH. Nesta etapa, uma molécula de CO2 é produzida e é catalisada pela β-cetoacil-ACP sintase (o grupo acetil ocupa a posição de “metil terminal” do complexo acetoacetil-ACP).
- Redução do grupo carbonil: o grupo carbonil na posição C3 do acetoacetil-ACP é reduzido para formar D-β-hidroxibutiril-ACP, uma reação catalisada pela β-cetoacil-ACP redutase, que usa o NADPH como doador de elétrons.
- Desidratação: os carbonos C2 e C3 do D-β-hidroxibutiril-ACP são desprovidos de moléculas de água, formando uma ligação dupla que termina com a produção do novo composto trans -∆2-butenoil-ACP. Este processo é mediado por uma enzima β-hidroxiacil-ACP desidratase (HD).
- Redução de ligação dupla: a ligação dupla do composto formado na etapa de desidratação é saturada (reduzida) para dar origem a butiril-ACP através da reação catalisada pela enzima enoyl-ACP redutase (ER), que também usa o NADPH como agente redutor .
As reações sintéticas ocorrem até a formação de uma molécula de palmitato (16 átomos de carbono), a qual é hidrolisada a partir do complexo enzimático e liberada como possível precursor de ácidos graxos de cadeia mais longa, produzidos por sistemas de alongamento de ácidos graxos localizados na porção lisa do retículo endoplasmático e nas mitocôndrias.
As outras modificações pelas quais essas moléculas podem sofrer, como dessaturações, por exemplo, são catalisadas por diferentes enzimas, que geralmente ocorrem no retículo endoplasmático liso.
– Síntese de eicosanóides
Os eicosanóides são lipídios celulares que funcionam como moléculas mensageiras de “curto alcance”, produzidas por alguns tecidos para se comunicarem com as células dos tecidos vizinhos. Essas moléculas são sintetizadas a partir de ácidos graxos poliinsaturados com 20 átomos de carbono.
Prostaglandinas
Em resposta a um estímulo hormonal, a enzima fosfolipase A ataca os fosfolipídios da membrana e libera araquidonato do carbono 2 do glicerol. Este composto é convertido em prostaglandinas graças a uma enzima reticulosa endoplasmática suave com atividade bifuncional: ciclo-oxigenase (COX) ou prostaglandina H2-sintase.
Tromboxanos
As prostaglandinas podem ser convertidas em tromboxanos, graças à tromboxano sintase presente nas plaquetas do sangue (trombócitos). Essas moléculas participam das etapas iniciais da coagulação do sangue.
– Síntese de triacilgliceróis
Os ácidos graxos são moléculas fundamentais para a síntese de outros compostos mais complexos nas células, como triacilgliceróis ou lipídios glicerofosfolípides de membrana (processos que dependem das necessidades metabólicas celulares).
Os animais produzem triacilgliceróis e glicerofosfolipídios a partir de dois precursores comuns: acil-CoA graxo e L-glicerol 3-fosfato. O acil-CoA graxo é produzido pelas enzimas acil-CoA sintetase que participam da oxidação β, enquanto o L-glicerol 3-fosfato é obtido pela glicólise e pela ação de duas enzimas alternativas: glicerol 3-fosfato desidrogenase e glicerol cinase.
Os triacilgliceróis são formados pela reação entre duas moléculas de acil-CoA graxas e uma molécula de diacilglicerol 3-fosfato; Essas reações de transferência são catalisadas por acil transferases específicas.
Nesta reação, o ácido fosfatídico é produzido inicialmente, o qual é fosforilado por uma enzima fosfatase do ácido fosfatídico para produzir 1,2-diacilglicerol, que é capaz, novamente, de aceitar uma terceira molécula de ácido graxo acil-CoA, produzindo triacilglicerol.
– Síntese de fosfolipídios
Os fosfolipídios são moléculas altamente variáveis, uma vez que muitas moléculas diferentes podem ser formadas pela combinação de diferentes ácidos graxos e grupos “cabeça” com o esqueleto de glicerol (glicerofosfolípido) ou esfingosina (esfingolipídeo) que os caracterizam.
A montagem geral dessas moléculas requer a síntese do esqueleto de glicerol ou esfingosina, a união com os ácidos graxos correspondentes, seja por esterificação ou amidação, a adição de um grupo “cabeça” hidrofílico por meio de uma ligação fosfodiéster e, se necessário, alteração ou troca desses últimos grupos.
Nos eucariotos, esse processo ocorre no retículo endoplasmático liso e também na membrana mitocondrial interna, onde podem permanecer indefinidamente ou de onde podem ser translocados para outros locais.
Etapas da reação
Os primeiros passos da reação de síntese de glicerofosfolípides são equivalentes aos da produção de triacilgliceróis, uma vez que uma molécula de glicerol 3-fosfato é esterificada em duas moléculas de ácidos graxos nos carbonos 1 e 2, formando o ácido fosfatídico. É comum encontrar fosfolipídios que possuem ácidos graxos saturados no C1 e não saturados no C2 do glicerol.
O ácido fosfatídico também pode ser produzido por fosforilação de uma molécula de diacilglicerol já sintetizada ou “reciclada”.
Os grupos polares de “cabeça” dessas moléculas são formados através de ligações fosfodiéster. A primeira coisa que deve ocorrer para que esse processo ocorra corretamente é a “ativação” de um dos grupos hidroxila que participa do processo pela ligação a um nucleotídeo como o difosfato de citidina (CDP), que é deslocado nucleofilicamente pelo outro grupo. hidroxila que participa da reação.
Se esta molécula se ligar ao diacilglicerol, é formado o CDP-diacilglicerol (a forma “ativada” do ácido fosfatídico), mas isso também pode ocorrer no grupo hidroxila do grupo “cabeça”.
No caso da fosfatidilserina, por exemplo, o diacilglicerol é ativado por condensação da molécula de ácido fosfatídico com uma molécula de trifosfato de citidina (CTP), formando CDP-diacilglicerol e removendo um pirofosfato.
Se uma molécula de CMP (citidina monofosfato) é deslocada por um ataque nucleofílico de serina hidroxila ou hidroxila no carbono 1 do glicerol 3-fosfato, é produzida fosfatidilserina ou fosfatidilglicerol 3-fosfato, a partir da qual o monoéster de fosfato pode ser liberado e produzem fosfatidilglicerol.
Ambas as moléculas produzidas dessa maneira servem como precursores de outros lipídios da membrana, que geralmente compartilham vias biossintéticas entre si.
– Síntese de colesterol
O colesterol é uma molécula essencial para os animais que podem ser sintetizados por suas células, portanto, não é essencial na dieta diária. Essa molécula de 27 carbonos é produzida a partir de um precursor: acetato.
Essa molécula complexa é formada a partir de acetil-CoA em quatro estágios principais:
- Condensação de três unidades de acetato para formar mevalonato, uma molécula intermediária de 6 carbonos (a primeira molécula de acetoacetil-CoA é formada com duas acetil-CoA (enzima tiolase) e depois outra de β-hidroxi-β-metilglutaril-CoA ( HMG-CoA) (enzima HMG-CoA sintetase) O mevalonato é formado a partir de HMG-CoA e, graças à enzima HMG-CoA redutase.
- Conversão de mevalonato em unidades de isopreno. 3 grupos fosfato são primeiro transferidos de 3 moléculas de ATP para o mevalonato. Um dos fosfatos é perdido junto com o grupo carbonil adjacente e é formado o pirofosfato de 3-isopentenil, que é isomerizado para produzir pirofosfato de dimetilalil
- Polimerização ou condensação de 6 unidades de isopreno de 5 átomos de carbono para formar esqualeno de 30 átomos de carbono (uma molécula linear).
- Ciclização do esqualeno para formar os 4 anéis do núcleo esteróide do colesterol e subsequentes alterações químicas: oxidações, migração e eliminação de grupos metila, etc., que produzem colesterol.
Referências
- Garrett, RH, & Grisham, CM (2001). Princípios de bioquímica: com foco humano. Brooks / Cole Publishing Company.
- Murray, RK, Granner, DK, Mayes, PA e Rodwell, VW (2014). Bioquímica ilustrada de Harper. Mcgraw-Hill.
- Nelson, DL, Lehninger, AL, & Cox, MM (2008). Princípios de Lehninger da bioquímica. Macmillan.
- Jacquemyn, J., Cascalho, A., & Goodchild, RE (2017). Os meandros da biossíntese lipídica controlada pelo retículo endoplasmático. EMBO reports, 18 (11), 1905-1921.
- Ohlrogge, J. & Browse, J. (1995). Biossíntese lipídica. The Cell Cell, 7 (7), 957.