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Digestão de Lipídeos A digestão de lipídeos ocorre no intestino delgado, onde os sais biliares (ácidos biliares) emulsificam as gorduras formando micelas para poder facilitar a ação das enzimas lipases. As lipases então hidrolisam as ligações ésteres dos lipídeos saponificáveis, liberando ácidos graxos e outros produtos como o glicerol, que atravessam a mucosa intestinal, sendo convertidos em triacilgliceróis. Os triacilgliceróis, juntamente com o colesterol são incorporados às proteínas transportadoras, as apolipoproteínas, formando os quilomícron. Os quilomícron se movem pela corrente sanguínea até chegar aos tecidos e órgãos que metabolizam lipídios, sendo novamente hidrolisados e penetrando nas células. O principal órgão que metaboliza os lipídios é o fígado. O fígado exporta lipídios metabolizados para outros tecidos como o cérebro na forma de corpos cetônicos, já que estes não metabolizam lipídeos, mas convertem os corpos cetônicos em acetil-CoA, sendo esta metabolizada no ciclo do ácido cítrico. Mobilização dos triacilgliceróis do tecido adiposo A mobilização dos triacilgliceróis ocorrem em situação de jejum (glucagon) e de exercício físico (adrenalina). O glucagon e a adrenalina são receptores que atuam na proteína G. 1. O aumento dos níveis de AMPc em resposta ao glucagon, ativa o PKA. 2. O PKA fosforila a perilipina. Ocorre a dissociação da CGI da perilipina. 3. O CGI ativa a enzima triacilglicerol lipase. 4. A perilipina fosforilada permite o acesso da lipase hormônio sensível à gotícula lipídica que degrada o diacilglicerol. 5. A monoacilglicerol lipase hidrolisa os monoacilgliceróis librando glicerol + ácido graxo. Oxidação dos ácidos graxos A oxidação dos ácidos graxos ocorre dentro da mitocôndria. Para que os ácidos graxos entrem na mitocôndria devem ser ativados no citosol. I. Ativação dos ácidos graxos O grupo carboxil se liga ao grupo tiol do CoA pela acil-CoA graxo sintase formando o acil CoA – graxo. São reações de 2 etapas, com gasto de duas ligações fosfodiéster. Ocorre também a liberação de energia. II. Transporte do acil CoA graxo para a mitocôndria A membrana da mitocôndria é impermeável á acil-CoA. Para entrarem na mitocôndria estes reagem com um aminoácido Metabolismo de Lipídeos "especial", a carnitina, liberando a coenzima A e formando a acil carnitina graxo. A carnitina esterificada é transportada para dentro da mitocôndria por um transportador específico; a carnitina livre volta então para o citoplasma através do transportador e deixado apenas o acil CoA graxo na mitocôndria. III. Oxidação do acil-CoA graxo Ocorre por via aeróbica: beta- oxidação, ciclo do ácido cítrico e cadeia transportadora de elétrons. OBS: O malonil-CoA é um intermediário da biossíntese de ácidos graxos. A carnitina aciltransferase I é inibida pelo malonil-CoA. β – Oxidação A β - oxidação é um processo catabólico de ácidos graxos que consiste na sua oxidação mitocondrial. Ela ocorre na matriz mitocondrial e ocorre no carbono β. 1° Etapa) Esta etapa é catalisada pela enzima acil-CoA desidrogenase que utiliza o FAD para remover o hidrogênio e converter o acil-CoA em trans-Δ2-enoil-CoA e FADH2. 2° Etapa) A trans-Δ2-enoil-CoA sofre uma hidratação catalisada pela enoil-CoA hidratase formando como seu produto a β - hidroxiacil CoA. 3° Etapa) A enzima β - hidroxiacil CoA desidrogenase utiliza o NAD+ para oxidar a β - hidroxiacil CoA em β – cetoacil-CoA e NADH. 4° Etapa) A enzima acil-CoA-acetiltransferase também chamada de tiolase catalisa a quebra da β – cetoacil-CoA pela CoASH formando o acetil-CoA e um acil-CoA com 2 carbonos a menos. Essas quatro etapas são repetidas até que todo o ácido graxo saturado seja convertido em acetil-CoA, NADH e FADH2. o β – oxidação do acido graxo monoinsaturado Possuem uma etapa a mais e acontece no carbono alfa e beta. No acido oleico, ele é quebrado de dois em dois seguindo as 4 etapas anteriores, porém, ao atingir 3 quebras o produto formado é o cis- Δ3-dodecenoil-CoA. Entretanto a insaturação está na posição errada e então a enzima enoil-CoA isomerase converte a cis-Δ3-dodecenoil-CoA em trans-Δ2-dodecenoil-CoA. o β – oxidação do ácido graxo poliinsaturado Para os ácidos graxos poliinsaturados serão necessárias 3 etapas adicionais. Usando o ácido linoleico como exemplo. A beta-oxidação ocorre normalmente 3 vezes formando a cis-Δ3, cis-Δ6- dodecadienoil-CoA, neste produto a enoil-CoA isomerase converte em trans-Δ2, cis-Δ6-dodecadienoil-CoA. Ocorre então mais uma β-oxidação e a primeira etapa da próxima, formando a trans-Δ2, cis-Δ4-decadienoil-CoA. Neste ponto a enzima 2,4-dienoil-CoA- redutase utiliza o NADPH para reduzir a insaturação C4-C5, convertendo em trans-Δ3-decenoil-CoA. Em seguida a enzima enoil-CoA-isomerase isomeriza a insaturação formando a trans-Δ2- decenoil-CoA. o β – oxidação do ácido graxo de cadeia ímpar Requer 3 reações adicionais. Um ácido graxo ímpar ao sofrer β- oxidação gera na última quebra acetil-CoA e propionil-CoA, ao invés de duas moléculas de acetil-CoA. O propionil-CoA necessita então sofrer três reações para terminar de ser me- tabolizado. Primeiro a enzima propionil-CoA-carboxilase utiliza a biotina e o ATP para incorporar um bicarbonato ao propionil-CoA, formando o D-metilmalonil-CoA. A D-metilmalonil-CoA é então epímerizada pela enzima metilmalonil- CoA-epimerase, formando a L- metilmalonil-CoA. Por fim a L- metilmalonil-CoA sofre um rearranjo catalisado pela metilmalonil-CoA- mutase com o auxílio da coenzima B12, formando a succinil-CoA, que entra diretamente no ciclo do ácido cítrico. OBS: Os ácidos graxos de cadeia super longa, ramificada e hidroxilados são oxidados no peroxissomos -> O ácido graxo entra no peroxissomos e sofre ativação no interior da organela, isso ocorre até o ácido graxo ter 8 a 6 carbonos. Regulação da β – Oxidação A beta-oxidação possui 2 pontos de regulação. 1) O aumento da razão NADH/NAD+ inibe a β – hidroxiacil desidrogenase. 2) O aumento da razão acetil-CoA inibi negativamente a enzima tiolase. O principal ponto regulador é o transporte do acil CoA graxo para a matriz mitocondrial pois o maloil CoA cistólico, precursor da síntese de ácidos graxos inibe a enzima carnitina acil transferase I. Rendimento energético da oxidação de ácidos graxos na mitocôndria I) Beta Oxidação - Acetil CoA -> Continua p/ o ciclo do ácido cítrico. - NADH - FADH2 II) Ciclo do ácido cítrico - NADH - FADH2 - GTP (ATP) III) Cadeia transportadora de elétrons - ATP - Somar todas as coenzimas reduzidas e multiplicar 2,5 em NADH e 1,5 FADH2. Para o rendimento bruto soma a quantidade total de ATP + a quantidade de GTP. E para a ativação de ácidos graxos no citosol subtrair por 2 ATP. Corpos Cetônicos Durante o jejum prolongado parte do acetil CoA oriundo da beta-oxidação é convertido em corpos cetônicos: acetoacetato, β- hidroxibutirato e acetona. A síntese destes compostos ocorre por 3 razões: 1) Durante o jejum prolongado, os intermediários do ciclo do ácido cítrico estão sendo desviados para a síntese de glicose (gliconeogênese), impedindo que o Acetil-CoA entre nesta via. Por esta razão, o excesso de Acetil -CoA que se acumula é convertido em corpos cetonicos no fígado. 2) A formação de corpos cetonicos libera a coenzima A ligada ao Acetil-CoA. Esta coenzima é requerida na beta-oxidação que esta muito ativa no jejum. 3) A formação de corpos cetonicos diminui a degradação intensa das proteínas musculares para gliconeogênese já que o cérebro passa a utilizar corpos cetonicos, diminuindo a necessidadede glicose. A formação de corpos cetonicos serve também para dar um destino ao acetil-CoA gerado em excesso. Os corpos cetonicos são ácidos podendo causar acidose metabólica e a sua síntese ocorre o fígado. Biossíntese de ácidos graxos A síntese de ácidos graxos ocorre no estado alimentado quando a razão insulina/glucagon está aumentada. A síntese aumenta os níveis de modeladores alostéricos como a PFK. Ela ocorre no citosol. o Carboxilação do acetil -CoA É o primeiro passo para a sintase do malonil CoA. O malonil CoA é o principal doador de 2 carbonos para a biossíntese de ácidos graxos. Na carboxilação, a reação é dependente de um cofator, a biotina. A enzima acetil CoA carboxilase possui 3 domínios funcionais: - Proteína carregadora de biotina - Biotina carboxilase -> liga o CO2. - Biotina transcarboxilase -> transfere o CO2 para o acetil CoA. A enzima acetil CoA carboxilase é ativada alostericamente por citrato. o Complexo do ácido graxo sintase São compostos por 7 enzimas/proteínas que produzem ácidos graxos. 2 enzimas são importantes: APC – Proteínas carregadoras de grupo acil e KS – beta – cetoacil sintase. A síntese de ácidos graxos ocorre em 4 etapas sequencias com gasto de 2 NADH para cada malonil CoA introduzido na molécula de ácido graxo crescente. As 4 etapas são Condensação, redução, desidratação e redução novamente. - Condensação: acetil-CoA + malonil- CoA A primeira etapa se inicia com a entrada de um acetil-CoA e um malonil-CoA. A proteína ACP apresenta o grupo 4’-fosfopantoteína, que atua como um braço flexível movendo o substrato entre as diferentes enzimas do complexo da sintase. - Redução do grupo beta-cetônico NADPH é o agente redutor KR: beta-cetoacil-ACP redutase - Desidratação DH: beta-hidroxiacil-ACP desidratase. - Deslocamento da cadeia de ácido graxo saturado de 4 carbonos para o grupo –SH da KS β-Cetoacil-ACP sintase. - Redução da ligação dupla ER: Enoil-ACP redutase NADPH agente redutor. - Entrada de um novo malonil-CoA na ACP e é adicionado à cadeia de ácido graxo crescente. o Síntese do palmitato Possui 7 ciclos no complexo de ácido graxo sintase. O palmitato é o precursor para a síntese de ácidos graxos maiores e/ou insaturados. Sua síntese produz 14 NADPH, 7 moléculas de malonil CoA e 1 acetil CoA. o Ácidos graxos essenciais Estão presentes na dieta. São considerados ácidos graxos o ácido linoleico (ômega 6) e ácido linolênico (ômega 3). o Dessaturação de ácidos graxos A dessaturação é catalisada pela enzima dessaturases. A enzima oxidase de função mista oxida 2 substratos ao mesmo tempo. O ácido araquidônico é o precursor dos eicosanoides. É a partir dele que a síntese de eicosanoides -> considerados sinalizadores celulares. COX-1: Regula o processo de ácido e muco da mucosa gástrica -> proteção do estomago. A aspirina pode inibir a COX-1. COX-2: Está relacionado com o processo de inflamação, dor, febre e edema -> síntese de prontaglandinas. Regulação da biossíntese de ácido graxo Em animais, a acetil CoA carboxilase é o ponto limitante da via. O acetil CoA sofre regulação alostérica e regulação por modificação covalente. Essa enzima é responsável pela carboxilação de acetil CoA em malonil CoA. O citrato é o ativador alostérico (+) e o palmitoil-CoA é o inibidor alostérico (-). O glucagon (-) e adrenalina desencadeiam fosforilação/inativação. A insulina predomina a desfosforilação -> acetil CoA carboxilase desfosforilada (+). Regulação Coordenada da síntese e oxidação de ácidos graxos 1. A ingestão de uma refeição rica em carboidratos aumenta o nível de glicose no sangue e, portanto, ativa a liberação da insulina. 2. A proteína fosfatase dependente de insulina defosforila a Acetil-CoA Carboxilase (ACC), ativando-a. 3. A ACC catalisa a formação de Malonil- CoA, que inibe a 4. Carnitina Acil Transferase I, impedindo a oxidação de ácidos graxos. 5. Quando a concentração de glicose sanguínea diminui, glucagon é liberado, que ativa a PKA, que fosforila a ACC. Os níveis de Malonil-CoA diminuem e a inibição dos ácidos graxos é aliviada. Biossíntese de triglicerídeos A primeira etapa na biossíntese dos triacilgliceróis é a acilação dos dois grupos hidroxila livres do L-glicerol-3- -fosfato, por duas moléculas de acil-CoA graxo, gerando diacilglicerol-3-fosfato, mais comumente chamado de ácido fosfatídico ou fosfatidato. Na via de síntese de triacilgliceróis, o ácido fosfatídico é hidrolisado pela ácido fosfatídico- fosfatase (também chamado lipina), formando 1,2-diacilglicerol. Os diacilgliceróis são, então, convertidos em triacilgliceróis por transesterificação com um terceiro acil-CoA graxo. Regulação da síntese de triacilgliceróis A biossíntese e a degradação dos triacilgliceróis são reguladas de modo que a via favorecida depende das fontes metabólicas e das necessidades a um dado momento. A insulina, por exemplo, promove a conversão de carboidrato em triacilgliceróis. Então, a sinalização da insulina que ativa a síntese de ácidos graxos. No diabetes, a falta de insulina inibe a síntese de gordura e estimula a beta- oxidação. Gliceroneogene A gliceroneogênese é uma versão mais curta da gliconeogênese, partindo de piruvato a diidroxiacetona-fosfato, seguindo-se a conversão de diidroxiacetona-fosfato em glicerol-3-fosfato pela enzima citosólica glicerol-3-fosfato-desidrogenase ligada ao NAD. Depois, o glicerol-3-fosfato é utilizado na síntese de triacilglicerol. Ela ocorre no tecido adiposo e em jejum. Biossíntese de fosfolipídios de membrana A biossíntese de fosfolipideos de membrana ocorre a partir do ácido fosfolipideo. Nesta biossíntese ocorre a adição de um grupo polar no último carbono e de um nucleotídeo para ativar/tornar o grupo mais ativo. Eles se ligam a grupos polares para formar lipídeos de membrana. Biossíntese de colesterol a partir do acetato A síntese de colesterol ocorre em 4 estágios e é formado a partir de moléculas de acetil CoA. Podem também ser sintetizados a partir do excesso de carboidratos. O colesterol pode ser obtido da dieta e o principal órgão que o sintetiza é o fígado. Acontece no citosol e no reticulo endoplasmático. 1) Formação do mevalonato a partir do acetil CoA Duas moléculas de acetil-CoA condensam- se para formar acetoacetil-CoA, que se condensa com uma terceira molécula de acetil-CoA, gerando o composto de seis carbonos b-hidroxi- -b-metilglutaril-CoA (HMG-CoA). As duas primeiras reações são catalisadas pela acetil-CoA-acetil transferase e pela HMG-CoA-sintase. Ocorre a liberação de 3 coenzimas A. É uma etapa irreversível e caso ocorra na mitocôndria tem-se a formação de corpos cetonicos. A terceira reação é o passo comprometido com a via: a redução de HMG-CoA em mevalonato, para o qual cada uma de duas moléculas de NADPH doa dois elétrons. 2) Conversão do mevalonato em isopreno ativado No próximo estágio da síntese de colesterol, três grupos fosfato são transferidos de três moléculas de ATP para o mevalonato. O fosfato ligado ao grupo hidroxil em C-3 do mevalonato no intermediário 3-fosfo-5 pirofosfomevalonato é um bom grupo de saída; na próxima etapa, tanto este fosfato quanto o grupo carboxila vizinho saem, produzindo uma ligação dupla no produto de cinco carbonos, o D3-isopentenil- pirofosfato. Esse é o primeiro dos dois isoprenos ativados centrais para a formação do colesterol. A isomerização do D 3-isopentenil-pirofosfato gera o segundo isopreno ativado, o dimetilalil-pirofosfato. É uma etapa que possui um gasto de 3 ATP. 3) Condensação de 6 unidades de isopreno para a síntese do esqualeno Uma ligação de uma cabeça de isopreno + cauda deoutro isopreno forma um composto com 10 carbonos e tem a saída de um pirofosfato. Após várias condensações forma a estrutura de um composto com 30 carbonos -> composto linear, chamado também de esqualeno. Eliminação do grupo pirofosfato. 4) Fechamento do esqualeno linear em colesterol A atividade da esqualeno-monoxigenase adiciona um átomo de oxigênio do O2 à extremidade da cadeia do esqualeno, formando um epóxido. Essa enzima é outra oxidase de função mista, NADPH reduz o outro átomo de oxigênio do O2 a H2O. As ligações duplas do produto, o esqualeno-2,3-epóxido, estão posicionadas de modo que uma notável reação em concerto é capaz de converter o esqualeno epóxido linear em uma estrutura cíclica. Nas células animais, essa ciclização resulta na formação de lanosterol, que contém os quatro anéis característicos do núcleo esteroide. O lanosterol é finalmente convertido em colesterol em uma série de aproximadamente 20 reações, que incluem a migração de alguns grupos metil e a remoção de outros. Ocorre no reticulo endoplasmático. O colesterol é esteritificado com ácidos graxos pela enzima ACAT para formar os ésteres de colesterol -> muito hidrofóbico e por isso ele é empacotado no reticulo endoplasmático. Lipídios + ésteres de colesterol -> VLDLs (lipoproteína de densidade muito baixa) Quando a VLDL cai na corrente sanguínea, ela perde seu conteúdo de triacilglicerol convertendo-se em lipoproteínas de densidade baixa (LDL) -> mal colesterol. o Controle do metabolismo do colesterol I. Regulação da atividade da HMG – CoA redutase a. A curto prazo - Regulação alostérica Retroalimentação Colesterol = modelador alostérico (-) -> mecanismo de inibição da HMG-CoA redutase. - Modificação covalente Ciclos de fosforilação e desfosforilação Relacionada com níveis hormonais b. A longo prazo - Regulação da expressão do gene da HMG-CoA redutase Menor LDL- colesterol/mevalonato, menor HMG – CoA redutase. Fator de transcrição: SREBP -> proteína que esta ligada ao reticulo endoplasmático. SREBP -> maior colesterol = colesterol se liga ao complexo SREBP/SCAP -> aprisionado na membrana do reticulo endoplasmático. Menor colesterol -> migração do complexo SREBP/SCAP para o complexo de golgi -> clivagem proteolítica Compostos semelhantes ao mevalonato agem como inibidores competitivos da HMG CoA redutase e reduzem a síntese de colesterol. o Degradação do colesterol As principais vias de excreção do colesterol do corpo são: (1) conversão a ácidos biliares, no qual é excretado nas fezes, onde é formado o coprostanol (principal esterol das fezes) por ação microbiana; (2) secreção de colesterol na bile, no qual é transportado ao intestino para eliminação e, (3) uma fração menor do colesterol é convertida em hormônios esteróides, sofrendo eliminação urinária. Os ácidos biliares são afipaticos atuando na emulsificação dos lipídeos da dieta funcionando como “detergentes endógenos”. A via porta hepática pode reabsorver os ácidos biliares que foram lançados no intestino. OBS: O colesterol quando não possui susbtancia que o emulsificam ocorre sua precipitação sendo cristalizado, resulrando em pedras na vesícula, podendo intupir os vasos. Os ductos pancreáticos são responsáveis pela excressão de proteínas proteolíticas, dessa forma, pode ser entupida quando o colesterol não é convertido em sais biliares, podendo ocasionar pancreatite aguda. Metabolismo de lipoproteínas As lipoproteínas são classificadas em quilomícrons, lipoproteínas de muito baixa densidade (VLDL), lipoproteínas de densidade intermediária (IDL), lipoproteínas de baixa densidade (LDL) e lipoproteínas de alta densidade (HDL). o Quilomícrons Os quilomícrons são formados nos enterócitos (células da mucosa intestinal). Eles transportam os lipídeos ingeridos dieta. São captados por vasos linfáticos e depois caem na circulação sanguínea. O quilomícron se liga á lipase lipoproteica presente nas células do endotélio vascular. A lipase lipoproteica é ativada pela ApoCII do quilomícron, a enzima hidrolisa os triacilgliceróis do interior do quilomícron, sendo internalizados pelos tecidos. Os quilomícrons vão perdendo seu conteúdo de triacilgliceróis para os tecidos, ficando menores e perdem a ApoCII e ApoA -> são transferidos para HDL, sendo convertidos em quilomícrons remanescentes, restando somente a ApoE que é reconhecido por receptores no fígado e sofre endocitose. Os componentes dos quilomícrons podem ser utilizados pelo fígado para a biossíntese do colesterol ou podem ser reempacotado, liberandos novamente, no entanto, na forma de VLDL. o VLDL As VLDLs são lipoproteínas de densidade muito baixa. Ela é formada no fígado -> transporte dos lipídeos sintetizados endogenamente (colesterol e TAG). Possui a ApoCII que ativa a lipase lipoproteica dos vasos sanguíneos Após perder boa parte de seus triacilgliceróis, ocorre a transferência da ApoCII de volta para HDL e ocorre exposição da ApoB100 na sua superfície, convertendo a VLDL em LDL. o LDL As LDLs são lipoproteínas de baixa densidade. Ela é muito rica em colesterol (60%), originada da VLDL que perdeu triacilgliceróis. O transporte de colesterol para os tecidos extrahepatico é a partir da endocitose mediada pelo receptor de LDL, que etsa na superfície das células teciduais, que reconhecem a ApoB100. As LDLs sofrem oxidação facilmente por EROS e espécies reativas de nitrogênio. A LDL oxidada pode sofrer acúmulo nas paredes dos vasos, resultando em uma reação inflamatória. OBS: endocitose -> a Apo B100 se liga ao receptor de LDL, a membrana envolve a LDL a partir de suas proteínas latrinas, formando uma vesícula chamada de endossomo. Os receptores de LDL são reconhecidos. o HDL A HDL é uma lipoproteína de alta densidade. Ela é sintetizada no fígado. HDL nascente -> vesícula pobre em lipídeos, mas rica em proteínas (ApoC; ApoE). Faz o transporte reverso do colesterol - > passa para tecidos periféricos e a esterificação do colesterol. O colesterol em excesso é armazenado no HDL. A sua principal função é transpor esteres de colesterol para o fígado onde o HDL é degradado e o colesterol é liberado. O HDL transporta o colesterol até o fígado, onde ele pode ser convertido em sais biliares.