VIA DO ACETATO: BIOSSÍNTESE DOS

ÁCIDOS GRAXOS, POLICETÍDEOS,

ANTRAQUINONAS E MACROLÍDEOS

CURSO DE BIORGÂNICACURSO DE BIORGÂNICACURSO DE BIORGÂNICACURSO DE BIORGÂNICA

Dra. Maria da Paz Lima

Coordenação de Pesquisas em Produtos Naturais

ÁCIDOS GRAXOSÁCIDOS GRAXOS

Ácidos graxos saturadosÁcidos graxos saturados

Ácidos graxos insaturadosÁcidos graxos insaturados

Ácidos graxos acetilênicosÁcidos graxos acetilênicos

Ácidos graxos ramificadosÁcidos graxos ramificados

Derivados de ácidos graxos C20: Prostaglandinas, Derivados de ácidos graxos C20: Prostaglandinas,

tromboxanos e leukotrienostromboxanos e leukotrienos

PARTE I PARTE I

Esquema 1. Principais vias metabólitasEsquema 1. Principais vias metabólitas

OHOH

HO

CO2H

ácido chiquímicoCH3-CO-CO2H

Metabólitos do ácido chiquímicoDerivados do ácido cinâmico

LignanasasOutros compostos aromáticos

C6H12O6Carboidratos

luzFotossíntese

CO2 e H2O

OHH

CH2COCO2HHO2C

ácido prefênico

ácido pirúvico

CH3-CO2Hácido acético

Ácidos graxosPolicetídeos

CH3-C-CH2CO2H

HO

CH2CH2OH

ácido mevalônico

IsoprenóidesTerpenoidesEsteróidesCarotenóides

Ciclodo ác.cítrico

Aminoácidos

alcalóides

A acetil coenzima A (CH3CO-ScoA) é produzida através

da oxidação da glicose e pode ser oxidada originando

ácido carbônico (Esquema 1)

1. INTRODUÇÃO 1. INTRODUÇÃO

CH3CO-ScoA - a origem da unidade base C2, de

muitas substâncias naturais: ácidos graxos,

poliacetilenos, prostaglandinas, macrolídeos e vários

compostos aromáticos (ex. antraquinonas) .

CH3COOH + HSCoA CH3CO-ScoA + HOH Acido acético CoenzimaA Acetil coenzima A

Parte 2 aminoetanotiolParte ácido pantotênico

Parte adenosina difosfato

O fato dos ácidos graxos terem um número par de átomo de

carbono fez os bioquímicos suspeitarem que os ácidos graxos

fossem sintetizados e degradados na célula através da adição ou

subtração de fragmentos C2.

- Knoop (bioquímico alemão), em 1904 administrou em ratos

vários tipos de ácidos e isolou da urina dos animais os ácidos

benzóico e ácido fenil acético

CO2H

Ácido benzóicon = 0,1,2,3,.....

CH2 CH2CH2)n(CH2 CO2H

A cadeia substituinte tem 3 + 2 n átomos de carbono, isto é, um

número ímpar. Ao removermos sequencialmente unidades C2, por

degradação, ficamos sempre com um carbono final, ligado ao grupo

fenilo, que é oxidado dando origem à função carboxi, do ácido

benzóico.

CO2HCH2

Ácido fenil acéticon = 0,1,2,3,.....

CH2CH2)n(CH2 CO2H

Cadeia 2 n + 2 átomos de carbono, isto é, um número par que oxidado dá origem ao ácido fenil acético

* Este experimento sugeriu o seguinte mecanismo de degradação:

Conhecido pelo mecanismo de oxidação

CH2R

O

C CO2HCH2

CH2R CO2H CH3 CO2H+

CH2 CO2HCH2CH2Rb a

[O]

Oxidações de ácidos graxos

Lembrete reações de Condensação (Prof. Sérgio)

FORMAÇÃO DO MALONIL- CoA

A conversão do Acetil-CoA em Malonil-CoA aumenta a acidez do hidrogênio e assim

fornece um melhor nucleófilo para a condensação de Claisen

Experimento in vitro [14C]bicarbonato: a reação envolve

ATP, CO2 (como bicarbonato, HCO-3) e coenzima biotina

(catalizador)

O

HN NH

S(CH2)4COOH

Biotina

OPP-Adenosina

HN N

S(CH2)4COOH

H2O

C O

O

+P

O

HN N

S(CH2)4COOH

C OH

O

BIOTINA +

COOH

CH2

CO-SCoA

MALONIL COA

H2O, CO2

CH3CO-SCoA

As cadeias policetônicas são poli--ceto, formadas pelo acoplamento de unidades de ácido acético (C2) via reações de condensação

ESQUEMA 2. FORMAÇÃO DA CADEIA POLI--CETO

Repetidas reações de Claisen

Reação de Claisen

O

H2C

C O H

C

O

SCoA

Acetil-CoACH3 C

O

SCoA

Malonil-CoA

CH2 C

O

SCoACH3 C

O

CH2 C

O

SCoA

Malonil-CoA

Acetoactil-CoA

CH2 C

O

CH3 C

O

nPoli--ceto ester

O

H2C C SCoA

CH3 C

O

SCoA

Ácidos graxos naturais podem conter de 4 à 30 (ou mais)

átomo de carbono - mais abundantes aqueles com 16 ou 18

carbonos

A gordura animal contém alta proporção de glicerídeos

de ácidos graxos saturados e tende a ser sólida;

As plantas e peixes contém predominantemente ésteres de

ácidos graxos insaturados e tendem a ser líquidos (óleos);

Alguns ácidos graxos são encontrados na combinação

éster com glicerol na forma de triglicerídeos

2. ÁCIDOS GRAXOS 2. ÁCIDOS GRAXOS

EXEMPLOS

Ácido oléico (C18)

O

OH

2. Ácido graxo insaturado

Estereoquímica da dupla ligação: Cis ou Z

O

OH

Ácido palmítico (C16)

1. Ácido graxo saturadoOCOR1

OCOR3R2COO

Triacilglicerol (triglicerídeo)

OH

OHHO

GlicerolÁcido oléico (C18)

Os ácidos palmítico e oléico encontrados em sementes de diversas espécies são importantes p/ indústrias de cosméticos e nas dietas alimentares

Prunus amygdalus (Rosaceae)(Amendoeira)

Ricinus communis (Euphorbiaceae)( Mamona)

ÁCIDO PALMÍTICO (C16)ÁCIDO OLÉICO (C18)

Ácido oléico (C18)

(Iniciador)

(Continuador)

ESQUEMA 3. BIOSSÍNTESE DOS ÁCIDOS GRAXOS SATURADOS

NADPH

SCoA

O

C CH3Acetil-CoA Acil-enzima thioester

O

C CH3 S Enz

O H

Malonil-ACP

CH2

C

C

O

S ACP

OO

Malonil- CoA

CH2

C O H

C

O

SCoAACP

Reação de Claisen

CO2

S ACP

O

C CH2

O

C CH3

-ceto acil-ACP

-hidroxi acil-ACP

H3C

HHO

S ACP

O

C CH2

-H2O

(eliminação E2)

S ACP

O

C H3C

H

H

E

acil-ACP ,-insaturado

S ACP

O

C CH2H3C CH2

HSCoA

NADPH(redução de dupla insaturada)

SCoA

O

C CH2H3C CH2Acil graxo-CoA

H2O OH

O

C CH2H3C CH2

Ácido graxo

Acilgraxo-ACP

NADPH (Nicotinamide Adenine Dinucleotide Phosphate)

Lembrete reações de Condensação (Prof. Sérgio)

OBSERVAÇÕESOBSERVAÇÕES

Esquema 3: o acilgraxo-ACP, tem 2 carbonos a mais que o

material inicial ou seja, uma nova condensação com malonil-

ACP, seguida por redução, desidratação, aumenta gradativamente

o tamanho da cadeia em 2 C à cada ciclo até o tamanho da cadeia

desejada.

EX: A combinação de 1 unidade de acetato inicial + 7 malonatos -

produz o ácido graxo C16 ( ácido palmítico)

O

OH

ÀCIDO PALMÍTICO (C16)

Os 2 carbonos da cabeça da cadeia (metila final) são

provenientes do acetato e os restantes derivados do malonato

(que fornece a extensão da unidade C2)

O malonato é produzido pela carboxilação do acetato, isso

significa que todos os carbonos dos ácidos graxos originam de

acetato.

Exemplo: 20:5 (5c,8c,11c,14c,17c)

20 = n0 de átomos de Carbono; 5 = n0 de insaturações;

5c,8c,11c,14c,17c = configuração cis (Z) da dupla ligação

Ácidos Graxos Insaturados Ácidos Graxos Insaturados

Ácido Eicosapentaenóico (EPA)

COOH

5

20

Óleo de fígado de bacalhau

Fonte

Outra sistemática de enumeração é iniciando pela metila

terminal ( final)

Nomenclatura: C20:5 :3

O consumo dos ácidos graxos :3, :6 e :9, previne a arteriosclerose e os riscos de ataque cardíaco

OBSERVAÇÕES OBSERVAÇÕES

Os ácidos graxos insaturados podem ser produzidos por mais de

1 rota biossíntética mas na maioria dos organismos o mecanismo é

por insaturação do ácido alcanóico correspondente com insaturação

adicional.

A maioria dos organismos possui uma 9 desaturase que introduz

uma dupla ligação no ácido graxo saturado (O2 , NADPH ou

NADH)

Posição das insaturações adicionais depende do organismo

(Esq. 4)

Ácido oléico (C18)

ESQUEMA 4. BIOSSÍNTESE DOS ÁCIDOS GRAXOS INSATURADOS

CO-SR R=ScoA (em animais e fungos)R=ACP (em plantas)

ácido esteárico 18:0

CO-SR

ácido oléico 18:1 (9c)

CO-SR

18:2 (6c, 9c)

Animais insaturação em direção à carboxila terminal

Plant/fungos

insaturação em direção à metila terminal

ácido linoléico18:2 (9c,12c)

CO-SR

ácido linoléico18:3 (6c,9c,12c)

CO-SR

Animais

Lembrete: Os 2 carbonos da cabeça da cadeia (metila final) são prevenientes do acetato e o restante derivados do malonato (extensão da cadeia)

Muitos compostos encontrados na natureza contém 1 ou mais

ligações acetilênicas e estes são predominantemente produzidos por

adicional dessaturação de sistemas olefínicos nos derivados de

ácidos graxos.

Os ácidos graxos acetilênicos, são comuns em espécies de

Asteraceae, Apiaceae e em fungos do grupo Basidiomiceto

Ácidos Graxos AcetilênicosÁcidos Graxos Acetilênicos

Grindelia robusta (Asteraceae)Mal-me-quer-do-campo

Matricariol Resinas segregadas por pêlos secretores

Balsâmico,expectorante, afecção renais e das vias urinárias

Os ácidos graxos contendo várias duplas ligações – tende a

possuir insaturação não conjugadas;

as moléculas contendo tripla ligação - tende a possuir

insaturação conjugada

Ácido dehidromatricaria

CO2H

Ácido oléico (C18)

ESQUEMA 5. BIOSSÍNTESE DOS ÁCIDOS GRAXOS ACETILÊNICOS

CO2H

ácido linoléico 18:2 (9c, 12c)

ácido dehidrocrepenínico 18:3 (9c, 12a, 14c)

CO2H

ácido crepenínico 18:2 (9c, 12a)

CO2H

CO2H

ácido oléico 18:1 (9c)

18:3 (9c, 12a, 14a)

CO2H

18:4 (9c, 12a, 14a, 16a)

CO2H -oxidações

ácido 10:4 (2t, 4a,6a,8a)

CO2H

Nomenclatura (forma resumida)a = tripla; c = dupla; cis; t= dupla trans

Ácido dehidromatricária

Vários mecanismos parece atuar na sua formação:

Condensação entre 2 ácidos graxos;

Introdução da metila usando metilmalonil-Coa ao invéz do

Malonil-Coa

Introdução da metila produzida por mecanismo de C-alquilação

usando S-Adenosilmetionina (SAM)

Ácidos Graxos Ramificados Ácidos Graxos Ramificados

Embora os ácidos graxos alifáticos sejam os mais comuns, os

ramificados tem sido encontrados em sistemas de mamíferos (ex.

gordura animal) e são constituintes característicos da parte lipídica

das paredes celulares em algumas bacterias patogênicas.

O

SCoA

O

SCoA

CO2H

OH

Combinação de 2

ácidos palmíticos

ESQUEMA 6A. EXEMPLO DE CONDENSAÇÃO ENTRE 2 ÁCIDOS GRAXOS

Ácido corinomicólico Bactéria: Corynebacterium diphtheriae

Corynebacterium diphtheriae (bacilo gram-positivo) : o agente etiológico da Difteria

ESQUEMA 6B. EXEMPLO DE .INTRODUÇÃO DA METILA USANDO METILMALONIL-COA AO INVÉZ DO MALONIL-COA

Glândulas

O

SCoA CO2, ATPbiotina

Propionil-CoA O

SCoA

CO2H

Metil malonil-CoA

SCoA

O

CO2H

Ácido 3,4,6,8-tetrametil decanóico

ESQUEMA 6C. INTRODUÇÃO DA METILA PRODUZIDA POR MECANISMO DE C-ALQUILAÇÃO USANDO S-ADENOSILMETIONINA (SAM)

RCH3-S

Ad

SCoAOleoil-CoA

O

SAMAdição eletrofílica: SAM como agente alquilante

NADPH(adição de hidreto)

Ácido tuberculosteárico

CO2H

SCoA

OCH2

H

Carbocátion (intermediário)

(Mycobacterium tuberculosis)

Lembrete reações de de alquilação via adição eletrofílica (Prof. Sérgio)

SAM (S-adenosylmethionine)

2. PROSTAGLANDINAS, TROMBOXANOS E LEUKOTRIENOS2. PROSTAGLANDINAS, TROMBOXANOS E LEUKOTRIENOS2. PROSTAGLANDINAS, TROMBOXANOS E LEUKOTRIENOS2. PROSTAGLANDINAS, TROMBOXANOS E LEUKOTRIENOS

Derivados de ácidos graxos C20 (ácidos eicosanóicos)

Derivados de ácidos graxos C20 (ácidos eicosanóicos)

São metabolitos isolados fundamentalmente do reino

animal, mas são também encontrados em algas e corais.

Desempenham papel importante nos organismos que os

produzem, e também a sua utilização como drogas ( objetos

de intensos estudos biológicos, médicos e farmacêuticos).

ESQUELETO BÁSICO DAS PROSTAGLANDINAS (PG)ESQUELETO BÁSICO DAS PROSTAGLANDINAS (PG)

São ácidos graxos C20 ciclizados, contendo:

um anel ciclopentano;

uma cadeia lateral C7 com uma carbonila;

uma cadeia lateral C8 com uma metila terminal

Ácido oléico (C18)

EXEMPLOS D E PROSTAGLANDINAS E SEUS PRECURSORES

CO2HO

HOOH

PGE1

Ácido 8,11,14 -eicosatrienóico

123

45

67

89

10

11 1213

14 1516 18

20

17 19

CO2H

ácido 5,8,11,14-eicosatetraenóico

CO2H58

11 14

8

12

PGE2

CO2H

O

HOOH

8

12

PGE3

CO2H

O

HOOH

CO2H58

11 14

ácido 5,8,11,14,17-eicosapentaenóico

17

Os 3 precursores levam à produtos de estruturas similares mas com

variação nos níveis de insaturações das duas cadeia laterais.

As prostaglandinas são usualmente abreviadas por PG e a nomenclatura semisistemática é baseada no padrão de substituição do anel de 5 membros:

PGH

R1

R2

O

OPGA

OR1

R2

PGB

R1

R2

O

PGC

OR1

R2

HO

PGDO

R1

R2HO

PGE

OR1

R2HO

PGF

R1

R2

HO

Prostaglandinas- constituem um grupo de compostos de grande atividade fisiológica, que

estão presente em largas quantidades ( 50 a 60 g/ml) no líquido seminal humano, mas

também se encontram em quantidades inferiores (1 g/ml) em vários órgãos (pulmão, rim,

pâncreas, cérebro, etc). A importância destes compostos advém da multiplicidade de efeitos

fisiológicos como no ritmo cardíaco, na pressão sanguínea e no metabolismo das gorduras.

Ácido oléico (C18)

ESQUEMA 7. MECANISMOS DE BIOSSÍNTÉTICOS DAS PROSTAGANDINAS E TROMBOXANOS

Intermediário I

Ácido 5,8,11,14-eicosatetraenóico (ácido araquidônico)

HCO2H

58

14O

O

Ciclooxigenase

CO2H58

O

O.

O O

14

Peróxido cíclico

Clivagem doperóxido acíclico

8

12

CO2H

O-OH

O

O 14

Peróxido acíclico

8

12

CO2H

OH

O

O 14

PGH2

PGG2

TROMBOXANOS

8

12

CO2H

OH

O

O14

.

.

Clivagem radicalar do peróxido acíclico

OUTRAS PROSTAGLANDINAS

(PGF2, PGE2, PGD2,PGI2)

Ácido oléico (C18)

ESQUEMA 7A CONTINUAÇÃO DO MECANISMO DE FORMAÇÃO DOS TROMBOXANOS

Intermediário I

8

12

CO2H

OH

O

O14

.

.

8

12

CO2H

OH

O

O

14

.

.

8

12

CO2H

OH

14O

Tromboxano B 2 (TXB2)

8

12

CO2H

OH

14O

O

Tromboxano A 2 (TXA2)

H2O:

OH

HO

Os tromboxanos foram isolados em plaquetas do sangue, participam dos

mecanismos de coagulação do sangue e tem propriedade de estimular ou ativar

outras plaquetas

Ácido oléico (C18)

ESQUEMA 8 . BIOSSÍNTESE DOS LEUCOTRIENOS

LTA 4

H

Hidroperóxido

CO2H5

8

14

O OH

Ácido 5,8,11,14-eicosatetraenóico (ácido araquidônico)

H

CO2H58

14

O O

k

O CO2H

5

H2O:

lOH

CO2HHO

LTB4

Alguns leucotrienos atuam sinergicamente no desenvolvimento da broncoconstrição

característica desta fase do processo asmático. A terapia antiasmática moderna

permitiu a identificação de novos alvos terapêuticos úteis para seu tratamento, os

antileucotrienos (substâncias que atuam inibindo a produção ou bloqueando a ação

dos leucotrienos, através da inibição enzimática de sua biotransformação) .

BIOSSÍNTESE DOS ÁCIDOS GRAXOS BIOSSÍNTESE DOS ÁCIDOS GRAXOS

O processo da biossíntese é catalisada pela enzima ácido graxo

sintetase

O Acetil-CoA e malonil-CoA não são envolvidos nos passos da

condensação:

- Acetil, convertido em tioéster enzima e Malonil éster, interage

com Acyl Carrier Protein (ACP) - Proteína transportadora do

grupo acilo (Esquema 3)