Resumo Bioquímica II bloco II

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Bioquímica II – Bloco II
Mobilização de Triacilgliceróis
Os hormônios epinefrina e glucagon, secretados em resposta a baixos níveis de glicose no sangue, ativam a adenilato ciclase na membrana plasmática do adipócito, aumentando a concentração intracelular do AMP cíclico (um segundo mensageiro). Uma proteína quinase, dependente se cAMP, fosforila e assim, ativa, a lipase triacilgliceróis-hormônio-sensível, a qual catalisa a hidrólise de ligações ésteres dos triacilgliceróis. Os ácidos graxos liberados passam do interior do adipócito para o sangue, onde se ligam a proteína albumina. A albumina transporta os ácidos graxos para o músculo esquelético, o coração e o córtex renal, onde se eles se dissociam da albumina e se difundem para o citosol das células, onde servirão de combustível.
	O glicerol liberado pela ação da lípase é fosforilado pela glicerol quinase indo a glicerol-3-fosfato, que é oxidado em diidroxiacetona fosfato. A enzima glicolítica triose fosfato isomerase converte este composto em gliceraldeído-3-fosfato, que é oxidado na via glicolítica.
A Entrada dos Ácidos Graxos nas Mitocôndrias
	Ocorre uma série de 3 reações para que ocorra essa entrada. A acil-CoA sintase, presente na membrana mitocondrial externa, catalisa a formação de uma ligação tioéster entre o grupo carboxila do ácido graxo e o grupo tiol da coenzima A para liberar um acil-CoA graxo; ao mesmo tempo, o ATP sofre clivagem e em AMP e 2 Pi. Os ésteres dos acil-CoA graxos formados na membrana mitocondrial externa não cruzam a interna. Então, o grupo acil-graxo é temporariamente ligado ao grupo hidroxila da carnitina, formando acil-graxo carnitina, essa reação é catalisada pela carnitina aciltransferase I. O éster acil-carnitina graxo cruza a membrana mitocondrial interna e chega à matriz através do transportador acil-carnitina/carnitina. No último processo para a entrada, o grupo acil-graxo é transferido enzimaticamente da carnitina para a coenzima A intramitocondrial pela carnitina aciltranferase II.
	A carnitina reentra no espaço entre as membranas mitocondriais. Existem dois conjuntos diferentes e separados de coenzima A, um na matriz (empregado na degradação oxidativa do piruvato, ácidos graxos e alguns aminoácidos) e outro no citosol (empregado na biossíntese de ácidos graxos).
	O processo de entrada mediado pela carnitina é o passo que pode ser regulado, limitando a velocidade de oxidação de ácidos graxos no interior da mitocôndria.
Obs: Para que haja degradação de ácidos graxos são necessários: baixa glicose, altas taxas de glucagon, baixas taxas de insulina; esses três requisitos sinalizam baixa energética.
A oxidação mitocondrial dos ácidos graxos
	No primeiro estágio (BETA-OXIDAÇÃO), os ácidos graxos sofrem a remoção oxidativa de sucessivas unidades de 2 átomos de carbono na forma de acetil-CoA. No segundo estágio (CAT), os resíduos acetila do acetil-CoA são oxidados até CO2, por meio do ciclo do ácido cítrico. Os primeiros 2 processos produzem os transportadores de elétrons reduzidos NADH e FADH2, que em um terceiro estágio (CTE) transferem os elétrons para a cadeia respiratória mitocondrial, onde esses elétrons serão transportados até o oxigênio com a fosforilação simultânea de ADP para ATP.
A beta-oxidação dos ácidos graxos saturados
	Possui quatro passos básicos. O primeiro passo é catalisado por 3 isoenzimas da acil-CoA desidrogenase (cadeia longa, cadeia média e cadeia curta), elas agem produzindo uma dupla ligação entre os carbonos α e β. Os elétrons removidos do acil-CoA graxo são transferidos para o FAD e a forma reduzida da desidrogenase os transfere para um transportador de elétrons, a flavoproteína transportadora de elétrons. A oxidação catalisada pela acil-CoA desidrogenase é análoga a desidrogenação do succinato no ciclo do ácido cítrico.
	No segundo passo, uma molécula de água é adicionada à dupla ligação para formar o estereoisômero L do β-hidroxiacil-CoA. Essa reação é catalisada pela enoil-CoA hidradatase e é análoga a reação da fumarase no ciclo do ácido cítrico.
	No terceiro passo, o L-β-hidroxiacil-CoA é desidrogenado para formar β-citoacil-CoA pela ação da β-hidroxiacil-CoA desidrogenase; o NAD+ é o receptor de elétrons. O NADH formado nessa reação fornece seus elétrons para a NADH desidrogenase, ATP é gerado quando elétrons passam do NADH para o oxigênio.
	No último passo, chamado de tiólise, a tiolase promove a reação β-citoacil-CoA com uma molécula de coenzima A livre para romper o fragmento carboxiterminal de 2 átomos de carbono do ácido original na forma de acetil-CoA. Outro produto é o tioéster de coenzima A e do ácido original, agora diminuído de dois carbonos. 
	As três primeiras reações da beta-oxidação tem o efeito de criar uma ligação C-C muito menos estável e mais fácil de ser rompida. A função cetona do carbono β o torna um bom ponto para ataque nucleofílico pelo –SH da coenzima A, catalisado pela tiolase. A acidez do carbono α faz com que o grupo terminal –CH2-CO-S-CoA seja um bom grupo de abandono químico, facilitando o rompimento da ligação α-β.
A oxidação dos ácidos graxos insaturados
	Nos ácidos graxos insaturados, as ligações duplas estão na configuração cis e não sofrem ação da enoil-CoA hidratase, a enzima que catalisa a adição de água à dupla ligação. Por meio da ação de duas enzimas auxiliares, uma isomerase e a outra uma redutase, torna se possível a oxidação dos ácidos graxos insaturados. 
Exemplo da ação das duas enzimas: 
- Isomerase na oxidação do oleato (ácido graxo insaturado com 18 carbonos):
O oleato é convertido a oleoil-CoA, transportado através da membrana como oleoil-carnitina, e convertido novamente a oleoil-CoA na matriz mitocondrial. Ele passa por 3 passos do ciclo de oxidação dos ácidos graxos e libera três moléculas de acetil-CoA, além do éster de coenzima A de um ácido graxo insaturado de 12 carbonos ∆3 cis. Este último não sofre ação da enoil-CoA hidratase, pois esta age apenas nas ligações duplas do tipo trans. Entretanto, pela ação da enzima auxiliar, enoil-CoA isomerase, o cis-∆3-enoil-CoA é isomerizado para liberar o trans-∆2-enoil-CoA, que é convertido pela enoil-CoA hidratase no correspondente
L-β-hidroxiacil-CoA. Este intermediário sofre agora a ação das enzimas remanescentes da beta-oxidação para liberar acetil-CoA e um ácido saturado de 10 carbonos como o seu éster de coenzima A. Este último sofre quatro outros passos por meio da via para liberar um total de nove moléculas de acetil-CoA.
- Redutase na oxidação linoleato (ácido graxo poliinsaturado com 18 carbonos):
O linoleoil-CoA sofre três passos por meio da sequência-padrão de beta-oxidação para liberar 3 moléculas de acetil-CoA e um éster de coenzima A de um ácido graxo insaturado com 12 carbonos e configuração cis. A ação combinada da enoil-CoA isomerase e da 2,1-dienoil-CoA redutase permite a reentrada desse intermediário na via normal de beta-oxidação e a sua degradação em 6 moléculas de acetil-CoA. O saldo total são 9 moléculas de acetil-CoA.
A oxidação de ácidos graxos de número ímpar
Os ácidos graxos ímpares são oxidados pela mesma via dos ácidos graxos pares, começando sempre na extremidade que possui a carboxila. Entretanto, o substrato para o último passo da sequência de beta-oxidação é um acil-CoA graxo com 5 átomos de carbono. Quando esse ácido é clivado, os produtos são acetil-CoA e propionil- CoA. O acetil-CoA é oxidado pela via do ácido cítrico, mas o propionil-CoA toma uma via enzimática incomum, envolvendo 3 enzimas.
O propionil-CoA é carboxilado para formar o estereoisômero D do metilmalonil-CoA pela propionil-CoA carboxilase, que contém o co-fator biotina. Nessa reação, o CO2 é ativado pela ligação à biotina, antes de sua transferência para o propionato. A formação do intermediário carboxibiotina requer energia que é fornecida pela clivagem do ATP em AMP e PPi. O D-metilmalonil-CoA formado é epimerizado, formando seu estereoisômero L pela ação da enzima malonil-CoA epimerase. O L-metilmalonil-CoA sofre um rearranjo intramolecular,catalisado pela metilmalonil-CoA mutase, e forma o succinil-CoA, que pode entrar no ciclo do ácido cítrico. 
Regulação da beta-oxidação: 
• Transporte dos acil CoA ao interior da mitocôndria (passo limitante): A concentração de malonil-CoA, o primeiro intermediário na biossíntese citosólica de ácidos graxos de cadeia longa a partir do acetil-CoA, aumenta quando o indivíduo é suprido com carboidratos; qualquer excesso de glicose que não possa ser oxidado ou armazenado como glicogênio é convertido em ácidos graxos citosólicos para estocagem, na forma de triacilglicerol. A inibição da carnitina aciltransferase I pelo malonil CoA faz com que a oxidação de ácidos graxos seja diminuída sempre que o fígado tenha amplo suprimento de glicose para usar como combustível e esteja fabricando ativamente triacilgliceróis a partir dessa glicose em excesso.
• A β-hidroxiacil-CoA desidrogenase é inibida por altos níveis de NADH.
• A tiolase é inibida em altas concentrações de acetilCoA.
Corpos Cetônicos
	Durante a oxidação dos ácidos graxos no fígado, o acetil-CoA formado pode entrar no ciclo do ácido cítrico ou pode ser convertido a corpos cetônicos (acetona, acetoacetato e D-β-hidroxibutirato) que são exportados para outros tecidos através da circulação sanguínea. A acetona, produzida em menores quantidades que os outros corpos cetônicos, é exalada. O acetoacetato e D-β-hidroxibutirato são transportados pelo sangue para tecidos extra-hepáticos, nos quais são oxidados pela via do ácido cítrico para fornecer a maior parte da energia requerida por esses tecidos. Em condições de jejum prolongado, quando a glicose não está disponível, o cérebro pode se adaptar para usar acetoacetato ou D-β-hidroxibutirato na 
obtenção de energia. Tanto em condições de jejum quanto em diabetes, o oxaloacetato é usado para formar glicose pela gliconeogênese e, por isso, não está disponível para condensação com acetil-CoA. Então, o acetil-CoA é desviado para a formação de acetoacetato e D-β-hidroxibutirato.
	Formacao de acetoacetato: Duas moléculas de acetil-CoA condensam-se formando acetoacetil-CoA, essa reação que é catalisada pela tiolase é uma reversão da etapa de tiólise na oxidação de ácidos graxos. A acetoacetil-CoA reage com acetil-CoA e água, dando 3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA (HMG) e CoA. Essa reação, que tem um equilíbrio favorável devido a hidrólise de uma ligação tioéster compensa o equilíbrio desfavorável na formação de acetoacetil-CoA. O HMG é clivado a acetil-CoA e acetoacetato. 
	Formação de D-β-hidroxibutirato: O acetoacetato é reduzido pela D-β-hidroxibutirato desidrogenase na matriz mitocondrial. A proporção de D-β-hidroxibutirato para acetoacetato depende da relação NADH/NAD+ dentro da mitocôndria.
	Por ser um β-cetoácido, o acetoacetato também sofre uma descarboxilação lenta e espontânea para acetona.
Obs: Como diabéticos não-tratados produzem grande quantidade de acetoacetato, o seu sangue possui quantidades significativas de acetona. A acetona é volátil e confere um odor característico ao ar exalado, o que pode ser útil no diagnóstico da doença.
	A produção e a exportação de corpos cetônicos, liberam a coenzima A, permitindo a oxidação continuada de ácidos graxos, mesmo com uma oxidação mínima de acetil-CoA no fígado.
	O aumento de acetoacetato e D-β-hidroxibutirato no sangue diminui o pH sanguineo, provocando acidose. Os corpos cetônicos no sangue e na urina de diabéticos não-tratados pode atingir níveis muito altos, chamado cetose. Em pessoas com dieta de conteúdo calórico muito baixo, as gorduras armazenadas no tecido adiposo tornam-se a maior fonte de energia, podendo ocorrer tanto acidose quanto cetose.
Síntese de Lipídios
	Antes de começar as reações de condensação que constroem a cadeia do ácido graxo, os dois grupos tióis do complexo emzimático (ácido graxo sintase) precisam ser carregados com os grupos acila corretos. 
Condensação: O primeiro passo é a condensação dos grupos ativados acetil e malonil para formar um grupo acetoacetil-ACP, um grupo acetoacetil ligado a ACP pelo grupo –SH da fosfopantoteína; simultaneamente, é produzida uma molécula de CO2. Nessa reação, catalisada pela β-cetoacil-ACP sintase, o grupo acetil é transferido do grupo Cys –SH dessa enzima para o grupo malonil no –SH da ACP, tornando-se uma unidade de dois carbonos metilterminal do novo grupo acetoacetil.
	Redução: O acetoacetil-ACP formado no passo de condensação sofre, a seguir, redução do grupo carbonila em C-3 para formar D-β-hidroxibutiril-ACP. Essa reação é catalisada pela β-cetoacil-ACP redutase e o doador de elétrons é o NADPH.
	Desidratação: No primeiro passo, os elementos da água são removidos de C-2 e C-3 do D-β-hidroxibutiril-ACP para liberar uma dupla ligação no produto, trans-∆2-butenoil-ACP. A enzima que catalisa essa desidratação é a β-hidroxiacil-ACP desidratase.
	Redução da dupla ligação: A dupla ligação do trans-∆2-butanoil-ACP é reduzido (saturado) para formar butiril-ACP pela ação da enoil-ACP redutase e o NADPH é o doador de elétrons.
As reações da ácido graxo sintase são repetidas para formar o palmitato
	Sete ciclos de condensação e redução produzem o grupo palmitoil saturado com 16 carbonos, ainda ligado à ACP. O alongamento da cadeia geralmente pára nesse ponto, e é liberado o palmitato livre da molécula de ACP pela ação de uma atividade hidrolítica presente na no complexo da sintase. 
	A reação global para a síntese do palmitato a partir de acetil-CoA pode ser repartida em duas partes. Primeiro a formação de sete moléculas de malonil-CoA e então sete ciclos de condensação e redução.
	A biossintese de ácidos graxos como palmitato requer assim acetil-CoA e o fornecimento de energia química em duas formas: o grupo de transferência potencial do ATP e a forca redutora do NADPH. O ATP é necessário para ligar o CO2 ao acetil-CoA durante a síntese do malonil-CoA; o NADPH é necessário para reduzir as duplas ligações.
Regulação da síntese de ácidos graxos
	A reação catalisada pela acetil-CoA carboxilase é o passo limitante da velocidade na biossintese de ácidos graxos. O palmitoil-CoA, principal produto da síntese de ácidos graxos, age como uma inibidor por retroalimentação da enzima; e o citrato é um ativador alostérico, aumentando a velocidade.
	Quando há um aumento nas concentrações mitocondriais de acetil-CoA e de ATP, o citrato é transportado para fora da mitocôndria e transforma-se tanto no precursor do acetil-CoA citosólico como em um sinal alostérico para a ativação da acetil-CoA carboxilase. Ao mesmo tempo o citrato inibe a fosfofrutoquinase-1 reduzindo o números de carbonos por meio da glicólise.
Se a síntese de ácidos graxos e a beta-oxidação ocorressem simultaneamente, seria um ciclo fútil desperdiçador de energia. A beta-oxidação é bloqueada por malonil-CoA que inibe a carnitina aciltransferase I. Assim, durante a síntese de ácidos graxos, o primeiro intermediário, o malonil-CoA, fecha a beta-oxidação no nível do sistema de transporte na membrana mitocondrial interna. 
Regulação por Glucagon e Epinefrina
Situação: uma pessoa que acordou de uma noite de sono e começou uma sessão de exercícios.
Os hormônios glucagon e epinefrina estimulam a liberação de ácidos graxos a partir dos triacilgliceróis das células adiposas, que serão despejados no sangue, e provavelmente de células musculares, onde serão utilizados como fonte de energia. Esses hormônios também inibirão a síntese de ácidos graxos por inibir a acetil-CoA carboxilase. Embora não se conheça o mecanismo exato, a resultante é aumentar a inibição pela cinase dependente de AMP. Sentido biológico: quando é baixa a energia da célula, sinalizada pelo aumento de AMP, e é baixa a energia do organismo, sinalizada pelo glucagon, lipídeos não seriam sintetizados. A epinefrina, que sinaliza necessidade de energia imediata, potencializa esse efeito. Concluindo, esses hormônios catabólicos inibem a síntese de ácidos graxos por manter a carboxilase no estado fosforilado inativo.
Regulação por Insulina
	Situação:uma pessoa após o exercício ter acabado, ter se alimentado.
	Neste caso, a insulina inibe a mobilização de ácidos graxos e estimula seu acúmulo como triacilgliceróis no músculo e no tecido adiposo. Também estimula a síntese de ácidos graxos, pois estimula uma proteína fosfatase que desfosforila a acetil-CoA carboxilase ativando-a. 	 
Ácidos graxos saturados de cadeia longa são sintetizados a partir do palmitato
	O palmitato é o precursor de ácidos graxos de cadeia longa, por meio da ação de sistemas de alongamento dos ácidos graxos presentes no REL e na mitocôndria. Nesses sistemas, a coenzima A, e não a ACP, é o transportador de acila diretamente envolvido na reação, ainda assim, o mecanismo de alongamento é idêntico ao da síntese do palmitato: a doação de dois carbonos pelo malonil-ACP, seguida por redução, desidratação e redução ao produto saturado.
Alguns ácidos graxos são dessaturados
	A dupla ligação é introduizida na cadeia do ácido graxo por uma reação oxidativa catalisada pela acil-CoA graxo dessaturase. Essa enzima é um exemplo de uma oxidase de função mista. Dois substratos diferentes, o ácido graxo e o NADPH, sofrem, simultaneamente, oxidação de dois elétrons. A via de fluxo dos elétrons inclui um citocromo e uma flavoproteína, os quais, assim como a própria acil-CoA graxo dessaturase, estão no REL.