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BIOQUÍMICA GERAL E BUCAL II PROF. DR. JEANDRE AUGUSTO DOS SANTOS JACQUES ACADÊMICO MATHEUS BENTO TRANSCRIÇÕES DAS AULAS TEÓRICAS AULA 1 Nós começaremos a aula de hoje falando da digestão das gorduras da dieta. Ela passa pela boca, pelo estomago, pelo intestino, mas onde acontece principalmente a absorção dessa gordura¿ Em segundo lugar, a mobilização e o transporte dessa gordura. A mobilização que acontece principalmente no estado de jejum, quando nós liberamos o hormônio glucagon, que é um importante sinal para mobilizar os lipídeos do tecido adiposo. Também existem outros sinais: em situações de perigo a adrenalina também ativa a mobilização de lipídeos para prover mais energia para tecido cardíaco, tecido muscular, tecido hepático. Na sequência o circuito da Carnitina, que é imprescindível para permitir que aconteça a oxidação do ácido graxo que foi mobilizado, do ácido graxo que precisa entrar na mitocôndria para ser oxidado. A regulação sempre será importante, e no final nós veremos a formação dos corpos cetônicos, o que são essas moléculas, quando elas são formadas, qual a sua finalidade, quais tecidos podem os utilizar e qual ou quais tecidos podem formar essas moléculas. Isso é a metade do metabolismo de lipídeos, esse é o catabolismo (lipólise). Algumas células não utilizam lipídeos como fonte de energia, como é o caso dos eritrócitos, que só utilizam glicose. Sistema nervoso central usa muito pouco lipídeo: em alguns livros vocês vão encontrar que existe dificuldade dos lipídeos atravessarem a barreira hemato- encefálica, mas na realidade é mais uma questão evolutiva do SNC priorizar o uso de glicose, que, dentre outras justificativas, é mobilizada mais rapidamente e consome menos oxigênio. Outros tecidos, por sua vez, utilizam muito mais lipídeos do que carboidratos, como o tecido cardíaco, tecido muscular também dependendo das condições. E para o tecido hepático os lipídeos são extremamente importantes, e se a gente pensar só no metabolismo de carboidratos a gente vai lembrar que no jejum ele libera o estoque de glicose, degrada glicogênio e libera glicose para os outros tecidos, produz glicose pela gliconeogênese. Vai consumir glicose¿ Não. E se consumir vai ser muito pouco. Então o que o fígado usa como fonte de energia é lipídeo, e nós veremos mais adiante que o que fica em ultimo lugar é aminoácido. Aminoácidos formam as proteínas, que tem funções extremamente importantes no nosso organismo e por isso ficam em ultimo lugar para consumo. E os lipídeos então são extremamente importantes para tecido hepático nesse momento em que o glucagon manda o fígado sintetizar glicose pela gliconeogênese e induz a mobilização dos lipídeos no tecido adiposo para atender a necessidade de energia do tecido hepático. Então a gente percebe que o nosso estudo do metabolismo começa a fazer sentido. Não estava faltando de onde o fígado tira sua energia¿ Está aí. E nós vamos estudar a β-oxidação, que é o processo através do qual nós obtemos energia a partir dos ácidos graxos. Em jejum, nós temos a formação dos corpos cetônicos e mais para frente eu vou dizer em detalhes para vocês porque isso acontece. Pontos positivos de utilizar triacilgliceróis como fonte de energia: eles provem muito mais energia do que carboidratos, cerca de duas vezes mais energia para uma massa equivalente de lipídeos e carboidratos. Outro aspecto positivo é o fato de eu não precisar de uma grande quantidade de moléculas de água para manter o lipídeo armazenado dentro da célula, já para manter o glicogênio eu preciso. Para as unidades de glicose então eu preciso de muito mais água, e aí nós armazenamos na forma de glicogênio. Pontos negativos de utilizar triacilgliceróis como fonte de energia: insolubilidade na água. Isso é o duplo problema, pois eles precisam estar ligados em proteínas plasmáticas para serem transportados – os ácido graxos ligados principalmente à albumina, os triacilgliceróis, colesterol e outros lipídeos dentro de outras proteínas, que são os quilomicrons que eu vou falar pra vocês. E eu disse que esse é um problema duplo porque o fato de os lipídeos serem muito insolúveis em água também interfere na sua digestão, formando grandes gotas de gordura. O processo na digestão é desmanchar essas gotas de gordura. Isso se chama emulsificação de lipídeos: transformar as grandes gotas de gordura no intestino, provenientes da dieta, em pequenas gotículas para que seja aumentada a superfície de contato dessas gotículas a fim de facilitar a ação das enzimas que são liberadas pelo pâncreas no intestino delgado. Voltando aqui então, vocês já conhecem a imagem acima. Vocês já conhecem o primeiro estágio porque estudaram em carboidratos, mas agora ali no meio a gente tem a β- oxidação, que a gente vai iniciar na aula 2. Então, em primeiro lugar, a digestão de toda a gordura dos alimentos que vocês consomem é feita de que maneira¿ De que maneira que as grandes gotas de gordura são transformadas em gotículas menores, como ocorre essa emulsificação, como os triacilgliceróis e o colesterol são transformados em moléculas menores (ou não no caso do colesterol), para onde são transportados, a quem são ligados, já que são insolúveis¿ Antes de começar a digestão, de onde nós conseguimos obter essa gordura na dieta¿ No McDonalds, por exemplo. Comeu o hambúrguer, digeriu, o tecido pega e consome nesse momento. E se eu parar de comer gordura, de onde eu obtenho gordura para prover energia para as minhas células¿ Da armazenada e da que nós sintetizamos pelo excesso de carboidratos ou pelo excesso de aminoácidos (também acontece), mas principalmente pelo excesso de carboidratos. E isso a gente vai ver porque acontece no anabolismo de lipídeos. Então nós temos três fontes de lipídeos: (1) os da dieta, (2) os armazenados no tecido adiposo e as (3) que nós sintetizamos para ser armazenadas, que depois será mobilizado, ou que nesse trajeto mesmo podem ser utilizadas por algum tecido como fonte de energia. Para acontecer a absorção desse lipídeo em primeiro lugar o que eu preciso fazer é emulsificar, e quem faz isso são os chamados sais biliares ou ácidos biliares, que são detergentes biológicos que nós produzimos, que transforma a grande gota de gordura em pequenas gotículas de gordura, aumentando a superfície de contato e facilitando a ação das lipases. E onde nós encontramos lipases¿ Na boca, no estomago, no intestino, mas, basicamente, mais de 95% da digestão dessas gorduras acontece no intestino delgado pela ação da lipase pancreática. É muito pouco representativa a digestão que acontece na boca e no estomago. No estomago, principalmente, porque o pH ácido desativa as lipases ali presente. E o que é esse processo digestivo¿ É a facilitação das enzimas, e o que essas lipases fazem¿ Elas degradam os lipídeos. No caso dos triacilgliceróis, forma TAG e AG, tira mais um AG forma MAG e tira esse ultimo AG forma glicerol e todos esses AGs liberados. Isso no intestino delgado, porque é ali que acontece essa emulsificação porque os sais biliares são liberados ali e já há a ação de lipases. E é claro que esse processo é muito importante pois o triacilglicerol é uma molécula muito grande para atravessas a membrana plasmática das células epiteliais intestinais. A célula não consegue captar o TAG inteiro, então precisa desmanchar ele nos seus constituintes para então captar glicerol e AGs. Depois disso, o que as células fazem¿ Elas montam de novo o TAG. Então desmonta, captae esterifica de novo os AGs nas três hidroxilas do glicerol, formando de novo TAG, e manda para os tecidos. Mas a gente não pode se esquecer em momento nenhum que nós estamos falando de uma estrutura insolúvel, então tem que ser transportado ligado a alguém ou empacotado em alguma estrutura hidrossolúvel. Isso aqui se chama quilomícron, e esses lipídeos captados no intestino delgado são armazenados nessas estruturas, que são estruturas esféricas envolvidas por fosfolipideos, iguais aos que constituem as membranas biológicas. Dentro dessa estrutura eu encho de colesteróis, de triacilgliceróis, de ésteres de colesterila, que são ácidos graxos esterificados em colesterol. Coloco ali dentro então todos esses lipídeos que são insolúveis, ali dentro eu tenho uma região altamente apolar, e do lado de fora, para permitir que essa estrutura seja transportada primeiro no sistema linfático e depois na corrente sanguínea, temos uma área polar. Na imagem, os pontos coloridos são pequenas proteínas sinalizadoras, que vão dizer para o tecido por onde essa lipoproteína passa que aquela estrutura tem lipídeo dentro dela. Essas proteínas são chamadas de Apolipoproteínas, e a ApoC-II, que é a verde, ativa lipases. Então ao passar pelo tecido X, ela ativa lipases que degradam lipídeos ali de dentro e permite que os tecidos captem esse lipídeo, seja para armazenar – no tecido adiposo – ou para obter energia, como no tecido cardíaco por exemplo. Eu havia dito que primeiro essas estruturas caem no sistema linfático e depois passam para a corrente sanguínea, e isso é através do ducto torácico. Um detalhe é o seguinte: nós temos AG de cadeia longa, média e curta, e ácidos graxos de cadeia curta e média não são necessariamente transportados pelos quilomicrons, eles podem cair direto para a corrente sanguínea, e a primeira passagem é pelo fígado, então o fígado já capta esses AGs. A ApoC-II, como eu disse, ativa lipase lipoproteica, que degrada os lipídeos e permite que os tecidos captem esses lipídeos que estão dentro dos quilomícrons. E então o tecido absorve, e pode tanto oxidar ou reesterificar, porque para o tecido, da mesma forma que as células do epitélio intestinal, para entrar precisa degradar o TAG em AGs livres e glicerol, mas para armazenar precisa remontar o TAG. Na imagem acima, chegando no estomago as gorduras da dieta sofreram uma minúscula parte da digestão. Depois disso a gente tem a emulsificação pelos sais biliares, liberados no intestino delgado pela vesícula biliar, então as lipases agem, principalmente as lipases pancreáticas. As células absortivas do epitélio intestinal então vão captar tudo isso, reesterificam, empacotam nos quilomicrons, e libera os quilomicrons para o sistema linfático. Cai na corrente sanguínea, no ducto torácico, e os tecidos podem captar, e para captar eles precisam degradar e daí entra outra lipase, que é uma lipase lipoproteica, degrada o TAG em seus constituintes, capta pela membrana, e uma vez captando pode reesterificar para armazenar – tecido adiposo – ou, no caso do miócito por exemplo, depois que captou encaminha o AG para a mitocôndria para entrar e oxidar para produzir energia. Professor, porque o TAG é quebrado e dentro da célula tem que formar de novo¿ A degradação acontece no lúmen do intestino pelas lipases pancreáticas, e por que reesterificar¿ Antes de reesterificar eu tenho AG e o glicerol, este tem três hidroxilas, é polar, e o AG tem uma parte dele que é polar, o grupo ácido. E fica difícil de armazenar ali dentro de uma estrutura altamente apolar o AG e o glicerol livres. Também facilita o transporte. Não daria para transportar o glicerol livre na corrente sanguínea¿ Mas e o ácido graxo¿ Então pode ter sido uma estratégia evolutiva para permitir o transporte desses lipídeos pela corrente sanguínea dentro de uma lipoproteína. Essa é uma visão, mas a sua pergunta pode ter outras respostas. Professor, qual mesmo a função da ApoC-II¿ Um exemplo que eu dei da ApoC-II é ativar lipase lipoproteica. São três lipases que nós vamos estudar: as (1) lipases intestinais, principalmente a pancreática, a (2) lipase lipoproteica que é dos tecidos e que degrada esses lipídeos transportados em lipoproteínas, o quilomícron é uma delas (mas também têm aquelas outras, VLDL, LDL, HDL) e a (3) lipase .... Esse foi o momento em que nós falamos no estado alimentado, mas de agora em diante eu quero que vocês pensem em todas as alterações que ocorrem no estado de jejum, que é o momento em que acontece em grande quantidade a oxidação de ácidos graxos. E eu dou sempre enfoque para o tecido hepático, então é por esse motivo. Eu coloquei essa imagem porque ela ilustra muitas coisas que nós vamos discutir nessa aula de lipólise. Então, para começar, no tecido hepático, o que acontece no estado de jejum¿ Libera glicose armazenada e produzida pela gliconeogênese, e precursores para a gliconeogênese são piruvato, lactato, glicerol, e glicerol que já vem dos TAGs que são degradados nessas circunstancias. Um sinal no jejum é o glucagon, que mexe nas vias metabólicas no tecido hepático, que impulsiona a gliconeogênese para utilizar esses intermediários para a síntese de glicose. O glucagon é um sinal no tecido adiposo para que os triacilgliceróis sejam mobilizados na forma de ácidos graxos e glicerol, aqueles transportado na corrente sanguínea através da albumina, e este solúvel quando chega no tecido hepático é empregado na gliconeogênese. Esses AGs fornecem Acetil-CoA pela β-oxidação para o tecido hepático, para que ele use esse Acetil-CoA no ciclo do ácido cítrico para ele obter energia, e durante a β-oxidação já reduz transportadores de elétrons para formar ATP, forma Acetil-CoA forma os corpos cetônicos, que são utilizados principalmente pelo tecido encefálico como fonte de energia, e isso vocês vão entender melhor lá na frente. E os corpos cetônicos também podem ser utilizados pelo tecido muscular, e esses AGs que são mobilizados no jejum também são utilizados pelo tecido muscular. Mobilização. Então no estado de jejum o fígado muda e predomina as vias metabólicas glicogenólise e gliconeogênese, freia o consumo de glicose pelo fígado para que ele possa atender a necessidade de outros tecidos e células pela glicose, e aí ele passa a utilizar mais ácidos graxos como fonte de energia. E de onde vem esses ácidos graxos¿ Do tecido adiposo. Mas como esse processo acontece¿ O tecido adiposo recebe um sinal que é o próprio glucagon, que além de alterar as vias metabólicas nesse momento no fígado, no tecido adiposo vai agir como para que esses lipídeos sejam mobilizados. Então um hormônio, principalmente o glucagon, é um sinal que liga em um receptor, um GPCR (receptor acoplado a proteína G) e então GS vai aumentar a produção de AMPc, ai entra a transdução de sinal, produz AMPc, ativa a PKA (proteína cinase A), e a PKA sai fosforilando alvos, e os fosforilando, facilita a mobilização de lipídeos. Um dos alvos fosforilados é a lipase sensível ao hormônio. Então nesse estado de jejum, quando a flutuação na concentração de glicose plasmática está perto do basal, há alteração nas condições do tecido pancreático e estimula liberação de glucagon, que nas células do tecido adiposo se liga a um GPCR, que causa uma cascata que é a transdução de sinal e ativa PKA, que é uma enzima cinase, que fosforila. Geralmente os processos são regulados por fosforilações e desfosforilações, e isso a gente viu na bioquímica I. Ao fosforilar esses alvos,esse conjunto de fosforilações que acontece pela PKA, é facilitada a mobilização dos lipídeos. E a primeira fosforilação que acontece é a fosforilação que ativa a enzima Lipase Sensível ao hormônio, e se vai ativar a lipase ela vai quebrar o lipídeo que está armazenado dentro de uma gotícula de gordura revestida e protegida por proteína. Outra fosforilação que acontece é nessas proteínas que revestem a gotícula de gordura, para aumentar a permeabilidade da gotícula e permitir a ação dessa lipase que agora está ativa. Essas proteínas que revestem a gotícula são chamadas de perilipinas, e após acontecer a fosforilação\ativação da enzima que degrada o lipídeo, há a fosforilação das perilipinas, que mudam a sua conformação, e o resultado disso é o aumento da permeabilidade e consequente acesso facilitado das enzimas a esses lipídeos. Nessa fosforilação das perilipinas se dissocia uma proteína aqui em cima que ativa uma outra lipase, porque tem lipase que é mais especifica para ação sob TAG, tem lipase que tem a ação mais específica sob diacilglicerol e tem lipase de monoacilglicerol. Esse detalhe não é tão importante para vocês. Foquem no seguinte: essa cascata ativa PKA, a PKA fosforila e ativa enzimas que degradam os lipídeos (HSL) e fosforila também as perilipinas, e as torna mais permeáveis, facilitando o acesso para as lipases, principalmente a lipase sensível ao hormônio, que degrada os triacilgliceróis armazenados dentro da gotícula. Essas lipases, agindo em conjunto, produzirão ácidos graxos e glicerol. O glicerol, então, é liberado da célula e transportado sozinho pela circulação, já os ácidos graxos serão liberados na corrente sanguínea. No sangue o AG se liga na albumina que está presente em grande concentração ali, e é transportado acoplado a ela. Isso impede que o AG seja repelido por esse fluxo hidrossolúvel e fique aderido a parede do vaso. Lembrando que uma albumina pode transportar cerca de dez AGs. E a albumina transporta para onde¿ Principalmente para os tecidos que vão utilizar esse AG como combustível. Pode utilizar como outra coisa, de repente tem algum lipídeo extremamente importante que precisa ser sintetizado mesmo no jejum, mas aqui vamos focar no consumo desse lipídeo, desse AG. Então nosso AG está passeando na albumina e agora vai passar pelo fígado, o tecido hepático nesse momento não está utilizando glicose e sim liberando, então ele precisa consumir AG. O AG que passou então é captado, entra na célula, e a partir do momento em que eu tenho o AG dentro do meu hepatócito, o que eu faço com ele¿ Eu vou consumir para produzir energia na forma de ATP, e isso acontece na matriz mitocondrial. Então eu preciso deslocar esse AG na matriz mitocondrial, porque é lá dentro que oxida. Mas não é tão simples assim fazer esse caminho. Esse ácido graxo chegou no citosol mas ainda não está tudo pronto para a oxidação porque as enzimas estão lá dentro da mitocôndria. E existem doenças que impactam nesse transporte, existem condições que impactam nesse transporte, porque não é simples, existe um sistema de transporte para esses ácidos graxos. Só para vocês terem uma ideia, os ácidos graxos vão fornecem 95% da energia produzida a partir do consumo do TAG, a maior parte da energia liberada do TAG então vem dos AGs. E a gente pode pensar o porquê disso: os AGs tem em média 16 carbonos ou até mais, e de dois em dois carbonos eu formo um Acetil-CoA, agora calculem quanto ATP cada Acetil- CoA produz no ciclo do ácido cítrico. Então o AG permite uma formação enorme de ATP, fora que a cada remoção de dois carbonos eu vou reduzir transportadores de elétrons e permitir a síntese de mais ATP. Só para vocês saberem um dos caminhos do glicerol, aqui a gente vê a formação de Diidroxiacetona- fosfato que já é um intermediário da via glicolítica, que pode seguir tanto o rumo oxidativo na glicólise quanto, no caso do fígado, ser empregado na gliconeogênese. Circuito da Carnitina. Esse circuito permite que esse AG que chegou e está no citosol consiga ter acesso à matriz mitocondrial, porque é lá que estão as enzimas que oxidam esse lipídeo, que vão possibilitar a síntese de um monte de moléculas de ATP e Acetil-CoA. E vocês sabem o caminho do Acetil-CoA, que é produzir também um monte de ATP, em torno de dez. Alguns ácidos graxos de cadeia média ou curta conseguem entrar na matriz mitocondrial sem passar por esse circuito, conseguem evadir esse circuito. De 12 carbonos para menos o AG passa pela membrana mitocondrial externa e interna sem grandes dificuldades. Passa pelas membranas, é lipossolúvel e não é tão difícil assim. Mas, a partir de 14 carbonos já precisa desse sistema de transporte, e esses sistemas de transporte envolvem transportadores transmembranas, proteínas ligadas na membrana mitocondrial interna que vai ligar nesse AG e vai manda-lo lá para dentro. Mas alguma coisa eu preciso fazer com esse AG para permitir, impulsionar a entrada dele na matriz mitocondrial. Esse é um circuito que envolve três reações. E a primeira delas gasta energia, a primeira delas é a (1) ativação do ácido graxo ligando ele em uma Coenzima-A. Eu gasto o equivalente a dois ATPs porque eu tiro dois fosfatos e formo AMP, então é o equivalente ao gasto de dois ATPs para ativar o AG. E agora o que eu posso fazer com esse AG ativado¿ Pensem que daqui ele pode seguir tanto o caminho oxidativo, para dentro da matriz mitocondrial, mas esse ácido graxo ligado à Coenzima-A, esse grupo Acil-CoA, também pode ter outros destinos que mais para frente a gente vai ver. Mas por enquanto guardem a informação que nesse momento ainda não há comprometimento com a oxidação. É agora, na segunda reação que há o comprometimento do ácido graxo com a oxidação. Na primeira reação então eu gasto dois ATPs e ativo o AG, esterificando-o em uma Coenzima-A. As enzimas que fazem isso são a Acil-CoA-sintetase. O AG está esterificado na Coenzima-A, e a segunda reação envolve uma (2) transesterificação, esse grupo Acil vai continuar esterificado mas agora em outra molécula, que se chama Carnitina. Então agora eu tenho um grupo Acil- Carnitina (ácido graxo esterificado na Carnitina), e a enzima na qual o ácido graxo estava esterificado anteriormente fica livre para ativar outro AG. Agora eu consigo transportar essa molécula para dentro da matriz mitocondrial porque eu tenho um transportador transmembrana mitocondrial interna que vai se ligar na Carnitina, que por sua vez está ligada ao AG, e vai mandar para dentro da matriz mitocondrial e ao mesmo tempo pega uma Carnitina vazia e joga para fora, para manter o balanço de Carnitina e permitir que esse circuito não pare de acontecer. Agora, dentro da matriz mitocondrial, acontece outra (3) transesterificação com uma Coenzima-A. Dentro da matriz eu tenho outras Coenzimas-A, e lá algumas delas recebe o ácido graxo da Carnitina por outra Carnitina-Acil- transferase. Eu tenho duas Carnitina-Acil-Transferase: a primeira é a que transfere o grupo Acil para a Carnitina lá fora, e a segunda dentro da matriz transfere de volta o AG para uma outra Coenzima-A. E agora eu tenho na matriz ácido graxo ligado a uma Coenzima-A, e isso é o substrato para a β-oxidação. Agora é só as enzimas agirem. As enzimas não agem no ácido graxo sozinho, elas agem no ácido graxo ligado à Coenzima-A. Pronto. Estou em jejum, mudei o metabolismo de carboidratos para fornecer glicose para os outros tecidos, o mesmo sinal que causou essa alteração metabólica no tecidohepático ativou mobilização de lipídeos pelo processo que nós já vimos. Chegou o lipídeo no tecido hepático, entrou e o AG para ser oxidado entra na matriz mitocondrial, e os que tem mais que 14 carbonos precisam passar pelo sistema de transporte chamado de circuito da Carnitina, que envolve 3 reações com ativação com gasto de energia, que liga o AG à Coenzima-A para ativar a transesterificação para uma Carnitina, que depois serão colocados para dentro da matriz através de um transportador de membrana que liga na Carnitina. Mas ainda não está pronto, porque eu preciso de uma Coenzima-A novamente transesterificada com meu AG para começar a oxidação. Vou mostrar isso agora em uma figura e depois abro para vocês perguntarem. Então o AG entrou no citosol eu o ativo, esterificando-o em uma Coenzima-A. Depois eu transesterifico, transferindo esse grupo Acil para uma Carnitina vazia, formando um grupo Acil- Carnitina, que entra ao mesmo tempo que uma carnitina vazia sai para manter o equilíbrio. Aqui dentro o grupo Acil-Carnitina transfere o grupo Acil para uma Coenzima-A, e forma um grupo Acil-CoA para ser oxidado pela β-oxidação. Um detalhe que vai se tornar mais claro para vocês no anabolismo de lipídeos: a carnitina-acil-transferase I (interruptor da via oxidativa, já que ela transfere o grupo Acil da Coenzima-A para a carnitina, momento em que há o comprometimento com a via) é inibida por malonil-CoA, o primeiro intermediário na síntese de AGs.
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