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Nutrição Animal – ZOO449 Prova 3 1 – Lipídeos (características gerais) Biomoléculas insolúveis em água, separadas em várias classes/famílias. Funções biológicas importantes: composição estrutural das membranas celulares e de organelas, armazenamento e transporte de combustível metabólico, sinalização celular, proteção na forma de película sob a superfície de organismos. ● Fornecem mais que o dobro da energia que açúcares e proteínas, são compostos mais reduzidos. ● Na prática, as gorduras fornecem mais energia metabólica que o mesmo peso do glicogênio hidratado. Classificação A) Quanto a estruturas I. Lipídeos complexos • contém ácidos graxos como componentes • incluem os acilgliceróis, os fosfoglicídeos, os esfingolipídeos e as ceras • diferem na estrutura dos esqueletos aos quais os ácidos graxos estão ligados • sua hidrólise libera uma genina, álcool e ácido graxo • se a genina é ptn = lipoproteínas • se genina inclui ácido forfórico = fosfolipídeos • em caso de carboidratos = glicolipídeos II. Lipídeos simples • não contém ácidos graxos, incluem terpenos e esteróides • ésteres de ácidos graxos com um álcool • se esse álcool é o glicerol, são glicerídeos (óleos e gorduras) • se esse álcool possui peso molecular elevado (esfingosina, álcool oleico), são cerídeos * Qual a característica fundamental que o distingue das demais categorias? A hidrólise de lipídeos simples libera apenas álcool e ácido graxo. – Derivados de lipídios • São obtidos da hidrólise de lipídios simples ou complexos: - Hormônios esteroidais - Corpos cetônicos - Ácidos graxos Ácidos graxos • Compostos de cadeia longa hidrocarbonada, com um grupo carboxila terminal (normalmente ionizado nas condições fisiológicas) • Encontram-se normalmente esterificados ao glicerol ou outro esqueleto • As cadeias podem ser saturadas ou insaturadas - Saturados: conformação totalmente estendida, a mais estável para ag’s. - Insaturados: com ligações duplas (variando de 1-4 ligações) Triglicerídeos • Representam a maior reserva energética em animais • Consistem em um glicerol esterificado com três ácidos graxos * São ricos em carbonos reduzidos e fornecem grande quantidade de energia nas reações oxidativas do metabolismo. • Ao sofrer oxidação fornecem +- 55% a mais de energia que carboidratos * Por que são as moléculas de escolha para armazenamento energético em animais? Porque sua natureza hidrofóbica permite formação de agregados em forma altamente desidratada. Fosfolipídeos • Possuem um ácido fosfórico • Constituição = 1 glicerol + 2 cadeias de AG (sendo uma cadeia saturada e a outra insaturada) • Forma uma das maiores classes de lipídeos naturais, componentes essenciais das membranas celulares • São moléculas anfipáticas Esfingolipídeos • Representam outra classe lipídica muito encontrada nas membranas biológicas • Segunda maior classe de lipídeos de membranas • Possuem um aminoálcool de cadeia longa, que em animais é a esfingosina - Esfingomielina • Encontrada na maioria das membranas de animais, em alta quantidade na bainha de mielina, sua propriedade isolante facilita transmissão dos impulsos nervosos. - Glicoesfingolipídeos • Monossacarídeos, dissacarídeos ou oligo ligados por meio de ligação glicosídica, não possuem fosfatos e não são iônicos. Terpenos • Classe lipídica formada pela combinação de duas ou mais moléculas de 2-metil-1,3-butadieno. • Alguns dessa classe, como esqualeno e lanosterol, são precursores do colesterol e outros esteroides. • Presente nos vegetais, na maioria = carotenóides - Esteroides • Importante classe dos lipídeos terpenoides, sendo o colesterol o esteroide mais comum nos animais. • Esteroides derivados do colesterol constituem cinco famílias de hormônios em animais I. Andrógenos (testosterona) – hormônio masculino; II. Estrógenos (estradiol) – hormônio feminino; III. Progestinas (progesterona) – ciclo menstrual e gravidez; IV. Corticóides (cortisol) – controle do metabolismo; V. Ácidos biliares (ácido cólico) – ação detergente e absorção de lipídeos Lipoproteínas • Agregado molecular responsável pelo transporte lipídico em meio líquido • Necessário devido ao fato de lipídeos não serem facilmente dissolvidos no plasma • Revestidas com fosfolipídeos, colesterol e proteínas • Fração proteica = apoproteína 2 – Biossíntese de lipídeos Introdução • Síntese de ácidos graxos: sequência de reações que utilizam ATP como fonte de energia e carreadores de elétrons reduzidos como redutores. • Não se trata apenas do inverso da oxidação, as enzimas pelas quais ocorrem as reações de biossíntese e oxidação são diferentes. • Importante: necessidade de formação do composto intermediário Malonil-coA, sem ele não ocorre a biossíntese (não há hidrólise) ETAPA 1 – Formação do Malonil-coA A alta concentração de Acetil-coA (precursor) ativa o processo de formação. Esse processo é catalisado pela enzima acetil-coA-carboxilase. 1º passo: carboxilação da molécula de biotina (intermediário) pela enzima biotina carboxilase. [gasta 1ATP] 2º passo: transferência do CO2 para o Acetil-coA, formando o produto final → Malonil-coA. * Qual a importância do Malonil-coA? Através dele será feita a incorporação de carbonos até que se forme a cadeia completa de ácido graxo. ETAPA 2 – Síntese de ácidos graxos • Ocorre, resumidamente, por meio de quatro reações. Respectivamente: condensação, redução, desidratação, redução – que farão a adição de carbonos, de 2 em 2, até formar o composto final (AG). * Mas antes disso existe uma fase inicial que não faz parte do ciclo da síntese de AG em si: a fase de carregamento do complexo enzimático, denominado ácido-graxo-sintase. Esse carregamento com acetil e malonil-coA ocorre uma vez a cada 7 ciclos (número de vezes necessárias para que ocorra a formação do composto final de 16C, o ácido palmítico). [CARREGAMENTO] → CONDENSAÇÃO → REDUÇÃO → DESIDRATAÇÃO → REDUÇÃO Reação de carregamento = transferência dos grupos acetil e malonil da coenzima A (coA) para a proteína carreadora de acila 1º passo: condensação = transferência de 2C do Malonil-ACP para Acetil-ACP, formando o Ceto-Acil-ACP. Esse produto final tem dois oxigênios, é preciso retirar um oxigênio, o que será feito no 2º passo. 2º passo: redução = conversão do Ceto-Acil-ACP em Hidroxiacil-ACP (através do NADPH + H+) 3º passo: desidratação = eliminação de água formando Enoil-ACP 4º passo: redução = as insaturações são retiradas pela adição de hidrogênios, formando o Butiril-ACP. (através do NADPH + H+) Esse Butiril-ACP formado será translocado para dentro do complexo enzimático (AG sintase). Após isso ocorre a adição de malonil-coA para desencadear novamente a sequência de condensação, redução, desidratação, redução. Com o fim de 7 ciclos desse, forma-se o composto saturado de 16 carbonos (ácido palmítico). * O que se faz necessário para síntese de AG? → Acetil-coA é limitante → NADPH dá o poder redutor, sem ele não há formação de AG. *Como é possível utilizar o acetil-coA para iniciar o processo se ele é produzido na mitocôndria? Já que a síntese de AG acontece no citosol e o acetil-coA não possui transportador de membrana na mitocôndria, como isso acontece? → A coA não consegue passar pela membrana da mitocôndria. O Acetil-coAse combina com o oxaloacetato, formando citrato. O citrato faz a passagem pela mitocôndria para o citosol, onde ocorre a entrada da coA e forma-se novamente acetil-coA + oxaloacetato. Esse acetil-coA é o que será usado na sequência de reações para formação do ácido graxo. * O que acontece com esse oxaloacetato? Ele é convertido em malato, e, com a saída de CO2 e produção do NADPH, forma-se o piruvato. Esse processo regenera o poder redutor (NADPH). A importância disso é que justamente esse NADPH formado será o fornecedor de elétrons na síntese de AG. Balanço energético Gasto: Desses 14 NADPH, 8 vieram da reação do malato para o piruvato, e o restante veio da via das pentoses-fosfato. Regulação da biossíntese • A síntese ocorre em situações de excesso de energia no organismo. O excesso de energia é convertido a ácido graxo e armazenado na forma de lipídeos, tais como o triglicerídeo. Enzimas-chave: acetil-CoA carboxilase (cataliza a conversão de Acetil-CoA à Malonil-CoA) e isocitrato desidrogenase, responsável por encaminhar o citrato ao ciclo de krebs. • Elevadas quantidades de ATP, Acetil-CoA e, consequentemente do citrato, causam inibição da isocitrato desidrogenase. Isso faz com que o citrato não seja encaminhado ao ciclo de krebs, e forme novamente Acetil-coA para iniciar a síntese de lipídeos no citosol. Biossíntese de triglicerídeos (TGL) – Destinos • Grande parte dos ácidos graxos ingeridos podem ser incorporados aos triglicerídeos como forma de armazenamento de energia, ou ser incorporados a fosfolipídeos de membrana. • Irá variar conforme a necessidade do organismo: um animal em crescimento possui necessidade de formação de novas membranas, já um animal alimentado com excesso de energia (após ter atingido o limiar de crescimento) irá ter os ácidos graxos armazenados. Triglicerídeos (TGL) (lembrar que triglicerídeo e ácidos graxos não são a mesma coisa!) • Triglicerídeo = glicerol + 3 ácidos graxos • Altamente energético, depositado no tecido adiposo • Seu depósito ocorre sempre que o consumo de carboidratos ultrapassa a capacidade de reserva na forma de glicogênio Biossíntese propriamente dita: O precursor da síntese de TGL é a diidroxiacetona fosfato (originada da glicólise) 1º passo: produção do L-glicerol-3-fosfato a partir da diidroxiacetona fosfato (ação catalisada pela enzima glicerol-3- fosfato-desidrogenase). – No fígado o glicerol é convertido em glicerol-3-fosfato com gasto de 1 ATP. Esse processo é catalisado pela glicerol quinase. 2ª passo: reação de esterificação. A partir do momento que se forma gliceraldeído-3-fosfato, é preciso fazer a “ativação” → O gliceraldeído-3-fosfato é convertido a ácido fosfatídico , que dependendo da demanda da célula irá formar (ou não) o triacilglicerol. No caso de formar o tracilglicerol, o ácido fosfatídico tem seu grupo fosfato removido pela enzima ácido fosfatídico fosfatase, liberando a cadeia para o terceiro ácido graxo se ligar. Regulação da biossíntese de triglicerídeos Em animais é realizada através de alguns hormônios como a insulina, que estimula a conversão de carboidratos à triglicerídeos Importante: 75% dos AG oriundos da mobilização de reservas são reciclados • São novamente reesterificados para formação de triglicerídeos • Parte da reciclagem ocorre no tecido adiposo e outra parte ocorre no fígado, sendo então transportados novamente ao tecido adiposo. * Como é possível a célula do tecido adiposo regenerar o triglicerídeo se: 1. Durante a mobilização de reservas o glucagon inibe a glicólise, e consequentemente a produção de dihidroxiacetona; 2. Não há como produzir glicerol-3-P através do glicerol oriundo da hidrólise do triglicerídeo, já que não há glicerol quinase nas células adiposas, → Através da gliceroneogênese 3 – Catabolismo de ácidos graxos Introdução Ácidos graxos são depositados na forma de triglicerídeos, que tem origem ou dietética ou da biossíntese a partir de intermediários do metabolismo de carboidratos. • Representam grande fonte precursora de energia A mobilização dos triglicerídeos armazenados no tecido adiposo ocorre quando há baixa de glicose sanguínea, levando a liberação de glucagon e epinefrina. Esses dois hormônios possuem receptores específicos na membrana celular, e ao se ligarem aos seus receptores ativam uma cascata de sinalização: ativa o AMP cíclico que por sua vez ativa a proteína quinase A. Esssa proteína quinase A é que vai realizar a ativação de duas outras proteínas fundamentais para o processo, a perilipina (presente ao redor das gotículas de gordura, realiza a tensão superficial das gotículas impedindo uma utilização desnecessária da gordura) e a hormônio lipase sensível. Quando a perilipina é fosforilada (ativada) permite que a hormônio lipase sensível chegue até a gotícula de gordura e catalise principalmente a liberação dos ácidos graxos na forma livre (hidrólise dos ácidos graxos). Após a sinalização dos hormônios e cascata de ativação 1º passo – Lipólise = hidrólise do triglicerídeo, liberando ácidos graxos e o glicerol. Esse glicerol liberado será convertido em glicerol-3-P, que por sua vez forma a diidroxiacetona fosfato. Ela irá seguir na via glicolítica para ser transformada em piruvato, ou pela gliconeogênese para ser transformada em glicose, dependendo da necessidade da célula. 2º passo – Ácidos graxos entrando na mitocôndria Ácido graxo + coA = acil-coA → O ácido graxo se liga a coenzima A, formando acil-coA, molécula rica em energia. Como a coA não pode realizar passagem pela membrana mitocondrial, ela se separa da molécula. A saída da coA fornece energia suficiente para que a nova molécula se ligue à carnitina, formando a acil-carnitina. A acil-carnitina consegue entrar na mitocôndria. Já dentro da mitocôndria, a carnitina se separa e a molécula se liga a coA, formando novamente a acil-coA. A carnitina retorna para o citoplasma para realizar a passagem de novas moléculas de acil-coA. *[Nessa reação de formação do acil-coA, o ATP agiu perdendo 2 fosfatos. Essa perda de 2 fosfatos equivale ao gasto de 2 ATP’s. Esse valor será subtraído no final da ß-oxidação, no balanço energético total, como valor de “ativação do palmitato”.] 3º passo – ß-oxidação O ácido graxo perde carbonos de 2 a 2 na forma de acetil-coA a cada giro na ß-oxidação. *nesse caso será utilizado como exemplo didático a molécula possuindo 6 carbonos. 1ª reação = formação de um FADH2 retirando dois hidrogênios da molécula de acil-coA. - 2ª reação = entrada de água na molécula (OH + H) 3ª reação = formação de um NADH + H+, através da retirada de 2 hidrogênios da molécula 4ª reação = uma nova coenzima A se apresenta, enquanto 2 carbonos são liberados da molécula, formando o acetil-coA. A nova coenzima A apresentada se liga à molécula, recompondo-a. Agora, o acil-coA possui 4 carbonos em vez de 6. * Da primeira até a quarta reação se tem uma “volta” da ß-oxidação. Pra cada “volta” da ß-oxidação se forma 1 FADH2 (1ª reação), 1 NADH+H+ (3ª reação) e 1 Acetil-coA (4ª reação) → A cada ciclo na ß-oxidação o ácido graxo perde 2 carbonos, até que se realize a “quebra” completa dele. → Exceção: na última volta da ß-oxidação vãorestar 4 carbonos. Então em vez de se formar apenas 1 Acetil-coA, serão formados 2. (1 acetil-coA para cada dois carbonos restantes, ou seja, 2 acetil-coA para 4 carbonos) Balanço energético *Esse balanço energético é correspondente ao ácido palmítico, ácido graxo de 16 carbonos. * -8 Acetil-coA = porque todo acetil-coA produzido será consumido no CK * 24 NADH = porque cada volta no CK gera 3 NADH → 8x3 = 24 * 8 FADH2 = porque cada volta no CK gera 1 FADH2 → 8x1 = 8 * 8 ATP’s = porque só no CK há produção de energia, e são 8 voltas. * lembrar do gasto de 2 ATP’s, citado no 2º passo do catabolismo = “ativação do palmitato” E para ácidos graxos com números ímpares e com insaturações? No caso de número ímpar de carbonos: em vez de 4, ao final vão sobrar 5 carbonos. Desses 5 carbonos, 1 acetil-coA será formado, restando 3 carbonos. Essa molécula de 3 carbonos é o Propionil-coA, que será converido ao Succinil- coA, molécula do Ciclo de Krebs. O Succinil-coA, portanto, seguirá na reação de respiração celular. No caso de ácidos graxos insaturados, a ação de isomerases e redutases irá quebrar as ligações duplas, transformando a molécula em saturada, para depois ocorrer a ß-oxidação normalmente. 4 – Corpos cetônicos Definição: produtos da transformação de lipídios em glicose. Apresentam grupo funcional cetona, são sintetizados na matriz mitocondrial dos hepatócitos a partir de um excesso acetil-coA, causado pelo excesso de lipólise devido a baixa glicemia. Ou seja, em situação de jejum prolongado, ocorre aumento da lipólise acima do “normal”, gerando um excedente de acetil-coA e por consequência a síntese dos corpos cetônicos. Fonte de energia para: – Tecido muscular (principalmente) – SNC → Oriundos de um balanço energético negativo e da mobilização de tecido adiposo. Os ácidos graxos, ao serem oxidados, vão dar origem ao acetil-coA no tecido hepático. Mas uma excessiva oxidação de ácidos graxos leva a um aumento substancial de acetil-coA, levando a formação dos corpos cetônicos. • Síntese dos corpos cetônicos (no fígado) I) Fusão dos acetil-coA: acetil-coA + acetil-coA→ forma Acetoacetil-coA + Acetil-coA *nas reações a seguir a coA será retirada, de forma gradual. II) Retirada de uma coA: Acetoacetil-coA + Acetil-coA → [saída de coA] → HMG-coA III) Retirada de mais uma coA: HMG-coA → [saída de acetil-coA] → Acetoacetato IV) Conversão: Acetoacetato → [adicionou 2 H+] → ß-hidroxibutirato (composto principal) * importância dessa conversão = regeneração do NAD+, que irá voltar para a ß-oxidação [IMPORTANTE] • Utilização dos corpos cetônicos (no tecido muscular será feita a quebra do composto formado) I) ß-hidroxibutirato → [forma NADH+H+] → Acetoacetato II) Acetoacetato → [o Succinil-coA do CK doa a sua coA, na presença da enzima tioforase] → Acetoacetil-coA III) Acetoacetil-coA→ [entrada de coA] → Acetil-coA + Acetil-coA * Por que os corpos cetônicos são produzidos no tecido hepático? Porque no fígado não existe a enzima tioforase, ela se encontra apenas no tecido muscular. [IMPORTANTE] Saldo energético Para cada ß-hidroxibutirato: • 2 acetil-coA → 20 ATP (para cada acetil-coA = 10 ATP) • 1 NADH + H+ → 2,5 ATP • -1 ATP → o desvio de rota do Succinil-coA na reação II gastou 1 ATP TOTAL = 21,5 ATP’s. 5 – Metabolismo de Aminoácidos Introdução Proteína: macromolécula mais abundante em células de qualquer organismo Apresentam inúmeras variedades em tamanho, estrutura e função biológica → Instrumento molecular pelo qual a informação genética é expressa. Funções gerais (exemplos) • Enzimática – catálise de reações químicas gerais • Sistema imune – anticorpos • Transporte – hemoglobina, transporte de oxigênio • Componentes estruturais – tecido conectivo = colágeno • Hormonal – hormônio do crescimento - GH • Estrutura contrátil – actina e Miosina Constituída de subunidades de aminoácidos, de no mínimo 20 ligados entre si. As diferentes sequências de AA é que vão caracterizar diferentes proteínas específicas. A proteína é formada através da ligação peptídica (união do grupo carboxila de um AA com o grupo amina de outro AA) Estrutura básica O radical pode apresentar diferenças quanto a estrutura, carga elétrica e tamanho. Essas diferenças alteram a solubilidade do AA em água. Quanto a esse agrupamento R irão receber diferentes classificações. Aminoácidos essenciais: aqueles que o organismo é incapaz de sintetizar produzidos em quantidades inadequadas • São obtidos pelo consumo da dieta Aminoácidos não-essenciais: aqueles sintetizados pelo organismo • São oriundos dos aminoácidos essenciais • Não são necessários na dieta A partir dos essenciais se produzem os não-essenciais no organismo. Estrutura: primária, secundária, terciária e quaternária Considerações iniciais: • O organismo não possui forma de armazenamento de excesso de AA • O AA em excesso no organismo deve ser utilizado para outras finalidades • Após isso, o nitrogênio remanescente será excretado na forma de ureia Podem ser utilizados para diferentes funções no organismo: I. Sintese de outros aminoácidos II. Síntese de compostos nitrogenados não protéicos III. Síntese de glicose IV. Síntese de AG V. Síntese de ATP 1º PASSO – Remoção do N do esqueleto carbônico TRANSAMINAÇÃO – O H3N (grupo amina) do aminoácido é transferido para o α-cetoglutarato, formando o glutamato Esse α-cetoglutarato ao mesmo tempo, perdeu seu oxigênio, que é passado para o aminoácido, formando um α- cetoácido α-cetoácido vai estar “pronto” pra seguir em frente no metabolismo, mas o glutamato ainda sofrerá reações. O glutamato tem duas possibilidades: 1ª possibilidade = sofrer transaminação: o glutamato perde o agrupamento amina, formando o aspartato. Ao mesmo tempo o oxaloacetato doa o oxigênio para o glutamato, que irá virar novamente α-cetoglutarato. 2ª possibilidade = sofrer desaminação * na desaminação o grupo amina fica livre, diferente do que acontece na transaminação. Tanto o aspartato quanto o amônio formado, entrarão no ciclo da ureia. Ureia: um dos nitrogênios veio do grupo amina liberado pela desaminação, enquanto o outro veio do grupo amina do aspartato, liberado pela transaminação. O carbono central veio do CO2. Ciclo da Ureia 1ª REAÇÃO: O ciclo da ureia começa unindo CO2 a amônia (vinda da desaminação) → formação do carbamoil fosfato *Um ATP forneceu energia para a reação, o outro ATP forneceu o fosfato do carbamoil [GASTO DE 2ATP] 2ª REAÇÃO: o carbamoil irá se unir a uma molécula chamada ornitina, formando a citrulina. O fosfato que antes era componente do carbamoil irá sair, fornecendo energia para a formação da citrulina. 3ª REAÇÃO: a citrulina formada sai da mitocôndria para o citosol e irá se unir ao aspartato (provaniente da transaminação), formando o Argininosuccinato. Nessa reação o ATP perde 2 fosfatos em vez de 1, porque a reação exige muita energia (por issocontabiliza GASTO DE 2 ATP, em vez de 1) 4ª REAÇÃO: Um pedaço da argininosuccinato irá “sair”, formando o fumarato. O restante irá seguir em frente no ciclo, formando a arginina. 5ª REAÇÃO: Por fim, parte da arginina deixa a molécula, formando finalmente a ureia. O restante forma a ornitina, que irá recomeçar o ciclo. Interação: ciclo da ureia e ciclo de Krebs → o CK fornece o oxaloacetato para o ciclo da ureia, enquanto o ciclo da ureia fornece o fumarato ao CK. * Considerações: Os 4 aa de papel central: glutamato, glutamina, alanina, aspartato. → são convertidos facilmente em intermediários no CK. Glutamato e glutamina → α-cetoglutarato Alanina → piruvato Aspartato → oxaloacetato
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