METABOLISMUL LIPIDELOR

Biosinteza gliceridelor

a.      Biosinteza glicerolului

b.      Biosinteza acizilor grasi

c.       Biosinteza trigliceridelor

Catabolismul gliceridelor

a. Catabolismul glicerolului

b. Catabolismul acizilor grasI

Lipidele sunt substante eterogene din punct de vedere chimic de aceea metabolismul se studiaza pentru fiecare grupa in parte. Cercetarea proceselor metabolice s-a efectuat cu deuteriu, tritiu , azot marcat, ¹³C, ^l4C.

1.a Biosinteza glicerolului

Gliceridele sunt esteri ai glicerolului cu acizii grasi, sunt cele mai raspindite lipide, gasindu-se atat in regnul animal cit si in cel vegetal.

Glicerolul este componentul alcoolic atat al glicerolipidelor simple cat si al celor complexe. Se formeaza din aldehida 3 fosfoglicerica sau din fosfodihidroxiacetona, doua importante trioze cu rol metabolic care se obtin in cursul degradarii anaerobe a glucidelor. Acestea, prin reducere sI defosforilare dau glicerol si ATP.

O

CH CH₂ - OH CH₂ - OH

NADH + H⁺ glicerofosfataza

CH - OH CH - OH CH - OH + ATP

CH₂ - OH CH₂ - O - P CH₂ - OH

Aldehida fosfoglicerica glicerol

CH₂ - OH CH₂ - OH CH₂ - OH

NADH + H^{+ glicerofosfokinaza}

C = O CH - OH CH - OH + ATP

ADP

CH₂ - O - P CH₂ - O - P CH₂ - OH

fosfodihidroxiacetona glicerol

Fosfodihidroxiacetona sI aldehida 3 fosfoglicerica sunt in echilibru sI participa la numeroase procese de sinteza. In biosinteza gliceridelor actioneaza fosfoglicerolul care este mult mai activ decat glicerolul.

b. Biosinteza acizilor grasI

Este un proces consumator de energie care conduce la obtinerea de acizi grasI din acetil coenzima A (acid acetic activat) sI malonil coenzima A care se formeaza din glucide sI din acizi grasI prin oxidarea acestora. In cantitate mica acetil coenzima A se formeaza din aminoacizi, aldehida acetica, steroli, terpene, vitaminele E sI K.

Acizii grasI formati in acest fel contribuie la biosinteza gliceridelor cre se depun in seminte, fructe; unii contribuie la formarea lipidelor complexe care sunt constituienti ai membranelor celulare sI ai tesuturilor cu activitate fiziologica intensa.

Biosinteza acizilor grasI are loc pe 2 caI:

a) Calea malonil CoA -calea citoplasmatica

b) Calea elongatiei sau calea mitocondriala

a) Reprezinta porincipala cale de biosinteza a acizilor grasi ; la plante are loc in cloroplaste, in unele sisteme nemitocondriale din citoplasma si in lichidul citoplasmatic.

Schema procesului este urmatoarea :

COOH

CH₃ - CO SCoA

acetil CoA CH₃ - CO - CH - CO SCoA

CO₂ ATP acetil malonil CoA

HOOC-CH₂-CO SCoA

Malonil CoA    HSCoA CO2

CH₃ - CO SCoA CH₃- CO-CH₂ CO SCoA

NADPH+H⁺

NADP+

OH

CH₃-CH₂-CH₂-CO SCoA CH₃-CH-CH₂-CO SCoA

Butiril CoA Hidroxibutiril CoA

NADP+

NADPH+H+

CH₃-CH=CH-CO SCoA H2O

Crotonil CoA

Substantele de baza sunt acetil coenzima A sI malonil coenzima A alaturi de care sunt necesare CO₂, HCO^-₃ , ATP, NADPH + H⁺ , ioni Mg ²⁺, Mn ²⁺ , oxigen, biotina, acid citric sI un complex enzimatic format din acid gras sintetaza, acetil CoA carboxilaza, biotincarboxilaza, dehidrogenaze, transacilaze, oxigenaze etc.

Acid gras sintetaza din spanac, avocado, arahide, drojdii reprezinta un sistem multienzimatic format din 6-7 enzime care sunt grupate pe o proteina solubila - proteina purtatoare de acil (ACP). Aceasta este formata din gruparea proteica sI o grupare prostetica , 4 fosfopanteteina care se leaga esteric de un rest de fosfoserina.

Etapa I - Acetil CoA, sub influenta acetil CoA carboxilazei,care are drept coenzima biotina, reactioneaza cu CO₂ activat sI formeaza malonil CoA. CO₂ rezulta din decarboxilarea acidului piruvic. Reactia este endergonica.

Acetil CoA se formeaza in mitocondrii dar membrana lor este impermeabila pentru acetil CoA de aceea aceasta se combina cu acidul oxalil acetic sI formeaza acidul citric care traverseaza membrana mitocondriala apoi se reface acetil CoA sI acidul oxalil acetic. Acidul citric este transportator de acetil CoA. Malonil CoA se poate obtine din acidul malonic.

Etapa a-II-a - Se formeaza un compus intermediar - acetil malonil CoA - sub actiunea unei enzime din sistemul acid gras sintetazei.

Etapa a-III-a - Se formeaza acetoacetil CoA sub actiunea malonil decarboxilazei . Aceasta are 2 atomi de carbon in plus fata de acetil CoA de la care s-a pornit biosinteza. Aceste transformari sunt exergonice.

Etapa a-IV-a - Acetoacetil CoA se reduce sub actiunea NADPH + H⁺ si se formeaza hidroxibutiril CoA (NADPH+H+ rezulta in procesul de fotofosforilare, ciclul Krebs, ciclul pentazofosfatilor).

Etapa a-V-a - Hidroxibutiril CoA se deshidrateaza sub actiunea erotonazei rezultand erotonil CoA.

Etapa a-VI-a - prin reducere cu NADPH+H+, sub actiunea unei ACP reductaze, rezulta butiril CoA, compus cu 4 atomi de carbon.

Spira s-a inchis si s-a format un acid gras cu doi atomi de carbon mai mult decat acetil CoA.

Biosinteza acizilor grasi este un proces spiralic, spiralele se repeta de jumatate minus 1 din numarul atomilor de carbon : de exemplu, pentru acidul palmitic sunt necesare 7 spire adica( 16 :2)-1 spire.

Scaderea continutului de acizi grasi din ciclul Krebs conduce la scaderea biosintezei lor.

b) Calea elongatiei

Are loc la nivelul mitocondriilor si se mai numeste calea mitocondriala.

Prin acest proces se formeaza acizi grasi cu catena carbonica lunga( C₁₈-C₃₀) din acizi grasi cu catena mai scurta( C₁₂- C₁₀), sub actiunea enzimelor.

Substanta activa care se cupleaza cu acizii grasi cu catena scurta este acetil CoA.

Formarea acidului stearic din acidul palmitic :

cetotiolaza

CH₃-(CH₂)₁₄-CO SCoA + CH₃-CO SCoA

Palmitil CoA acetil CoA ATP, HSCoA

OH

NADH+H+

CH₃-(CH₂)₁₄-CO-CH₂-CO SCoA CH₃-(CH₂)₁₄-CH-CO SCoA

Cetostearil CoA - NAD+ hidroxibutiril CoA

NADH+H+

Enoilhidraza   

CH₃-(CH₂)₁₄-CH=CH-CO ScoA CH₃-(CH₂)₁₆-CO SCoA

-H2O - NAD+

oleilCoA stearilCoA

Acidul stearic se mai poate obtine sI prin intermediul malonil CoA:

-CO2

palmitil CoA + malonil CoA cetostearil S-ACP

-HSCoA

NADH+H+ HSCoA

stearil-ACP stearilCoA + HSACP

-H2O

Biosinteza acizilor grasi cu catena ramificata sau numar par de atomi de carbon are loc prin malonil CoA sI un acceptor impar , radical acil coenzima. ( valerianil, propionil, izocapril, izovalerianil).

Biosinteza acizilor grasi nesaturati mono sI polietenici se presupune ca are loc din acizi grasi saturati , in prezenta oxigenului , oxigenazei, dehidrogenazei, NADPH+H+, ferodoxina si citocrom b₅ .

Bilant energetic pentru acidul palmitic:

7ATP/ciclu 7x7 = 49ATP + 1= 50 ATP

c) Biosinteza trigliceridelor

Se produce in general incepand de la fosfoglicerol sau mono sI di gliceride sI din acizi activati sub forma de tioesteri.( acil Co A). Procesul este endergonic si are loc in prezenta lipazelor si a cofactorilor: ATP, Mn^2+, Mg²⁺, O₂.

CH₂OH    CH₂ - O - CO -R

lipaza

CHOH + R-Co SCoA CH - O - CO - R1

CH₂O-P    CH₂ - O - P

Fosfoglicerol    Acid fosfatidic

CH₂ - O - CO - R CH₂ - O - CO - R

fosfataza    CH - O - CO - R₁ R₂ - Co SCo A CH - O - CO - R_I

CH₂ - OH -HSCoA CH₂ - O - CO - R₂

Diglicerida Triglicerida

Lipidele din plante provin in cea mai mare parte din glucide. In cursul dezvoltarii plantei, in timp ce scade continutul de glucide , creste cel de lipide.

ATP, Mg²⁺, Mn²⁺

5C₆H₁₂O₆ + O₂----- ----- -------->C₁₈H₃₆0₂ + 12CO₂ + 2H₂0 - 946 Kcal

Energia necesara provine din degradarea glucidelor. Glucidele furnizeaza aldehida 3 fosfoglicerica, dihidroxiacetona sI energie; sursa principala este reprezentata de glucoza sI fructoza.

Glucidele se pot forma in cantitati mici sI din proteide, respectiv aminoacizi.

Catabolismul gliceridelor

Acest proces incepe prin degradarea hidrolitica la acizi grasi sI glicerol sub actiunea lipazelor. Activitatea lipazelor se intensifica in perioadele de germinatie a semintelor, tuberculilor, bulbilor.

Glicerolul sI acizii grasi se degradeaza in continuare , transformandu-se in CO₂ sI H₂O. Procesul este exergonic degajand 9 Kcal/ mol.

Catabolismul se poate realiza treptat, rezultand produse intermediare, se produce nu numai in organele de depozit ci sI in frunze. Hidroliza grasimilor se intensifica sI in perioadele de imbatranire sau vatamare a tesuturilor vegetale.

2. a) Catabolismul glicerolului

Are loc prin activarea glicerolului sub forma de fosfoglicerol, sub actiunea fosfokinazei sI ATP. Sub actiunea fosfoglicerol aldehid dehidrogenazei din citoplasma, ce contine NAD⁺, acesta trece in aldehida 3 fosfoglicerica care se poate degrada:

- prin ciclul lui Krebs la CO₂ sI H₂O;

cu triozoizomeraza pana la ester 1,6 fructozo difosforic apoi la glucoza

CH₂ - OH CH₂ - OH CH₂= O

ATP NAD⁺

CH - OH CH - OH CH - OH

fosfokinaza

CH₂ - OH CH₂ - O - P CH₂ - O - P

glicerol fosfoglicerol aldehida 3 fosfoglicerica

acid piruvic CO₂ + H₂O

sau

CH₂ - OH CH₂ - O - P

CH = O    C = O

CH₂ - O - P CHOH

Fosfodihidroxi-

acetona CHOH

CHOH

CH₂ - O - P

ester fructozo1,6 difosforic

Dehidrogenarea fosfoglicerolului se poate rerealiza prin actiunea NAD⁺ sau FAD.

Glicerolul rezultat din hidroliza gliceridelor poate intra in ciclul lui Krebs sau poate intra in ciclul de biosinteza a glucidelor in functie de sistemul enzimatic.

2. b) Catabolismul acizilor grasi

Acizii grasi reprezinta cea mai avtiva forma metabolica a lipidelor. Catabolismul lor este un proces exergonic care se realizeaza la nivelul mitocondriilor dar sI extramitocondrial. Degradarea are loc pana la CO₂ , H₂O sI energie, lipidele fiind considerate cea mai concentrata forma de rezerva a energiei.

Catabolismul acizilor grasi se realizeaza pe doua cai:

a) oxidarea acizilor grasi;

b) oxidarea acizilor grasi.

a) oxidarea acizilor grasi;

Ciclul lui Lynen

FAD FADH₂

1

R - CH₂ - CH₂ - CO SCoA R - CH = CH - CO SCoA

Acid gras activat acid gras nesaturat

2

R - CO SCoA H₂O

Acil coenzimaA

CH₃ - CO SCoA OH

HSCoA 4 R - CH - CH₂ - CO SCoA

NAD⁺

3

O NADH + H⁺

CH₃ COOH R - C - CH₂ - CO SCoA

Conform teoriei oxidarii catena liniara a acidului gras este degradata treptat , prin ruperea succesiva a unui fragment format din doi atomi de carbon ( acetil coenzima A). Scindarea este oxidativa sI se petrece la atomul fata de gruparea COOH. Procesul are loc in prezenta de enzime: HSCoA, ATP, NAD⁺, NADP⁺, Mn²⁺, Mg²⁺. Rolul HSCoA in metabolismul acizilor grasi este similar cu al acidului fosforic in metabolismul glucidelor.

Etapa I - dehidrogenarea acil CoA la pozitia sI sI rezulta acid gras nesaturat, in prezenta de FAD.

Etapa aIIa - aditia apei la enoil CoA sI rezulta hidroxiacil CoA;

Etapa a IIIa - prin dehidrogenare rezulta cetoacil CoA;

Etapa a IV a - se rupe un fragment de doi atomi de carbon sI rezulta acetil CoA sI un nou acid gras activat cu doi atomi de carbon mai putin.

Procesul este spiralic ca si la biosinteza.

b) oxidarea acizilor grasi

Se produce la acizii grasi saturati cu catena mare sau la unii acizi cu catena ramificata. Exista doua mecanisme de actiune:

- in seminte in stare germinata:

peroxidaza

acid gras + H₂O₂ aldehida + CO₂ + H₂O

in frunze:

oxidaza -CO₂ H₂O + NAD⁺

acid gras hidroxiacid aldehida

O₂ -H₂

acid gras cu un atom de carbon mai putin.

NAD⁺, ATP

Sau cetoacid acid gras cu un atom + CO₂

acid ascorbic de carbon mai putin.