OXIDAÇÃO DOS ÁCIDOS GRAXOS

Prévia do material em texto

OXIDAÇÃO DOS ÁCIDOS GRAXOS 
 
A oxidação dos ácidos graxos de cadeia longa a acetil-CoA é a principal via de produção de 
energia em muitos organismos e tecidos. No coração e fígado de mamíferos, por exemplo, 
proporciona em torno de 80% das necessidades energéticas sob quaisquer circunstâncias 
fisiológicas. Os elétrons removidos durante a oxidação dos ácidos graxos passam através da 
cadeia respiratória, levando à síntese de ATP; o acetil-CoA produzido a partir dos ácidos graxos 
pode ser completamente oxidado a CO2 no ciclo do ácido cítrico, resultando numa posterior 
conservação de energia. Em algumas espécies e em alguns tecidos, os acetil-CoA tem destinos 
alternativos. No fígado, o acetil-CoA pode ser convertido a corpos cetônicos – um combustível 
hidrossolúvel exportado para o cérebro e outros tecidos quando a glicose não está disponível. Em 
plantas superiores, o acetil-CoA serve primariamente como um precursor biossintético, e 
secundariamente como combustível. Embora o papel biológico da oxidação dos ácidos graxos 
difere de organismo a organimso, o mecanismo é essencialmente o mesmo. O processo repetitivo 
de quatro etapas, conhecido como ββββ-oxidação, através do qual os ácidos graxos são convertidos 
a acetil-CoA será aqui discutido. 
 
1. Digestão, mobilização e transporte de gorduras 
 
 As células podem obter ácidos graxos combustíveis de três fontes: gorduras consumidas 
na dieta, ácidos graxos armazenados nas células como gotas de gorduras, e ácidos graxos 
sintetizados em um órgão para exportar para outro. Algumas espécies usam as três fontes sob 
várias circunstâncias, outros usam uma ou duas. Os vertebrados, por exemplo, obtêm gorduras na 
dieta, mobilizam gorduras armazenadas em tecido especializado (tecido adiposo, que consiste de 
células chamadas adipócitos) e, no fígado, convertem o excesso de carboidrato da dieta em 
gorduras para exportar para outros tecidos. Em média, 40% ou mais dos requerimentos diários de 
energia dos humanos nos países altamente industrializados é suprido pelos triacilglicróis da dieta 
(embora a maioria dos guias nutricionais recomendem não mais que 30% das necessidades 
calóricas diárias sejam de gorduras). Os triacilgliceróis supre mais da metade dos requerimentos 
energéticos de alguns órgãos, particularmente fígado, coração e o restante dos músculos 
esqueléticos. Triacilgliceróis armazenados são virtualmente a única fonte de energia em animais 
em hibernação e aves migratórias. Os protistas obtêm gorduras através do consumo de 
organismos situados mais abaixo na cadeia alimentar, alguns também armazenam gorduras como 
gotas de lipídeos no citoplasma. Plantas vasculares mobilizam gorduras, armazenadas nas 
sementes, durante a germinação, embora, pelo contrário, não dependam de gorduras para 
obtenção de energia. 
 
Absorção de gorduras 
Antes de sererm absorvidos, os triacilgliceróis podem ser transformados, de partículas insolúveis 
macroscópicas, em micelas microscópicas finamente dispersas. Esta solubilização é realizada 
pelos sais biliares, tais como o ácido taurocólico, que são sintetizados no fígado a partir do 
colesterol, estocados na vesícula biliar, e liberados no intestino delgado após a ingestão de um 
alimento gorduroso. Os sais biliares são compostos amfipáticos que agem como um detergente 
biológico, convertendo em micelas mistas de sais biliares e triacilgliceróis (Fig. 1, etapa 1). A 
formação de micela aumenta enormemente a fração de moléculas de lipídeos acessíveis à ação 
de lipases solúveis em água no intestino que, por sua vez, convertem triaciligliceróis em 
monoacilgliceróis (monoglicerídeos) e diacilgliceróis (diglicerídeos), ácidos graxos livres e gliceróis 
(etapa 2). Os produtos da ação da lipase se difudem dentro das células epiteliais quer revestem a 
superfície intestinal (etapa 3), onde são reconvertidos em triacilgliceróis e empacotados, junto com 
o colesterol da dieta proteínas específicas, em agregados lipoprotéicos chamados quilomícrons 
(Fig. 1, etapa 4, e Fig. 2). 
As apolipoproteínas são proteínas ligadas a lipídeos no sangue, responsáveis pelo transporte de 
triacilgliceróis, fosfolipídeos e ésteres de colesterol entre os órgãos. Apolipoproteínas [apo 
(gr.)=separado] designa a proteína na sua forma livre de lipídeos, e que se combina com lipídeos 
para formar certas classes de partículas lipoprotéicas, agregados esféricos com lipídeos 
hidrofóbicos no core e cadeias protéicas hidrofílicas e cabeças polares de lipídeos na superfície. 
Várias combinações de lipídeo e proteína produzem partículas de diferentes densidades, variando 
de quilomícrons e lipoproteínas de muito baixa densidade (VLDL) a lipoproteínas de muito alta 
densidade (VHDL). 
As partes protéicas das lipoproteínas são reconhecidas por receptores na superfície celular. Nos 
lipídeos absorvidos no intestino, os quilomícrons, que contêm a apolipoproteína C-II (apoC-II), 
move-se da muscosa intestinal para o sistema linfático e, então, entra na corrente sanguínea, que 
os carrega para o músculo e tecido adiposo (Fig. 17, etapa 5). Nos capilares desses tecidos, a 
enzima extracelular lipase lipoprotéica, ativada pela apoC-II, hidrolisa os triacilgliceróis a ácidos 
graxos e glicerol (etpa 6), que são absorvidos pelas tecidos alvo (etapa 7). No músculo, os ácidos 
graxos são oxidados para produção de energia; no tecido adiposo, eles são reesterificados para 
estocagem como triacilgliceróis (etapa 8). 
 
 
Fig. 1. Processamento dos lipídeos da 
dieta em vertebrados. Digestão e 
absorção de lipídeos ocorre no intestino 
delgado, e os ácidos graxos liberados 
dos triaciligliceróis são empacotados e 
transportados para o músculo e tecido 
adiposo 
Os quilomícrons remanescentes, desprovidos da maior parte de seus triacilgliceróis mas ainda 
contendo colesterol, deslocam-se pelo sangue até o fígado, onde são absorvidos por endocitose, 
mediada por receptores para suas apolipoproteínas. Os triacilglicerídeso que entram no fígado por 
esta via podem ser oxiddos para fornecer energia ou para fornecer precursores para a síntese de 
corpos cetônicos. Quando a dieta contém mais ácidos graxos do que são necessários para 
consumo imediato ou para síntese de precursores, o fígado os converte em triacilgliceróis, que 
são empacotados com apolipoproteínas específicas dentro das VLDLs. As VLDLs são 
transportadas pelo sangue ao tecido adiposo, onde os triacilgliceróis são removidos e estocados 
em gotículas de gorduras dentro dos adipócitos. 
 
 
Mobilização dos Triacilgliceróis Armazenados 
Os lipídeos neutros são estocados nos adipócitos (e nas células produtoras de esteróides do 
córtex da adrenal, do ovário e testículos) na forma de gotículas de gordura, com um core de 
ésteres esteróides e triacilgliceróis envolvido por uma monocamada de fosfolipídeos, A superfície 
dessas gotículas é recoberta com perilipinas, uma família de proteínas que restringe o acesso às 
gotículas de lipídeo, prevenindo a mobilização do lipídeo antes do tempo. Quando os hormônios 
sinalizam a necessidade de energia metabólica, triacilgliceróis estocados no tecido adiposo são 
mobilizados (retirados do armazenamento) e transportados os tecidos (músculos esqueléticos, 
coração e córtex da adrenal) nos quais os ácidos graxos podem ser oxidados para a produção de 
energia. Os hormönios epinefrina (adrenalina) e glucagon, secretados em resposta ao baixo nível 
de glicose no sangue, ativam a enzima adenilato ciclase na membrana plasmática dos adipócitos, 
a qual produz o segundo mensageiro AMP cíclico (cAMP). A proteína quinase AMP cíclico-
dependente (PKA) fosforila a perilipina A, e a perilipina fosforilada faz com que a lipase 
hormônio-sensível do citosol se mover para a superfície da gotícula de gordura, onde ela 
começa a hidrolizar triacilglicerídeos a ácidos graxos livres e glicerol. A PKA também fosforila a 
lipase hormônio-sensível, duplicandoou triplicando sua atividade, porém o aumento de mais de 50 
vezes na mobilização em gordura desencadeada pela epinefrina se deve à fosforilação da 
Fig. 2. Estrutura molecular de um quilomícron. A 
superfície é uma cama de fosfolipídeo, com o 
grupamento da cabeça faceando a fase aquosa. Os 
triacilgliceróis seqüestrados no interior (em amarelo) 
compreendem mais de 80% da massa. Algumas 
apolipoproteínas que se projetam da superfície (B-48, 
C-III e C-II) atuam como sinalizadores na absorção e 
metabolismo do conteúdo do quilomícron. O diâmetro 
do quilomícron varia de cerca de 100 a 500 nm. 
perilipina. Células com genes de perilipina defeituosos quase não têm nenhuma resposta ao 
aumento da concentração de cAMP: esta lipase hormônio-sensível não se associa às gtículas de 
gordura. 
 
As lipases hormônio-sensíveis hidrolisa triacilgliceróis nos adipócitos, os ácidos graxos aí 
liberados (ácidos graxos livres, AGL) passa dos adipócitos para o sangue, onde se ligam à 
proteína albumina sérica. Esta proteína (PM 66000), que compreende cerca de 50% do total das 
proteínas séricas, liga-se a pelo menos 10 moléculas de ácido graxo por monômero protéico. 
Ligados à esta proteína solúvel, os ácidos graxos insolúveis são tranportados para tecidos como 
músculo esquelético, coração e córtex renal. Nestes tecidos alvos, os ácidos graxos dissociam-se 
da albumina e movem para transportadores da membrana plasmática para servirem com 
combustível. 
 
Ativação e Transporte dos Ácidos Graxos para a Mitocôndria 
Em 1948, Eugene P. Kennedy e Albert Lehninger demonstraram que a oxidação dos ácidos 
graxos na célula animal ocorre na mitocôndria. Os ácidos graxos com cadeia com12 ou menos 
carbonos entram na mitocôndria sem ajuda de transportadores. Aqueles com 14 ou mais 
carbonos, que constituem a maioria dos AGL obtdios na dieta ou liberados dos adipócitos, não 
podem passar diretamente através das membranas mitocondriais, pois têm que sofrer três 
reações enzimáticas da lançadeira carinitina. A primeira reação é catalizada por uma família de 
isozimas (específicas para ácidos graxos de cadeia curta, intermediária e longa) presentes na 
menbrana externa da mitocôndria, as acil-CoA sintetases, que promovem a reação geral: 
 
Ácido graxo + CoA + ATP Acil graxo-CoA + AMP + PPi
 
A acil graxo-CoA sintetase catalisa a formação de uma ligação tioéster entre o grupo carboxil do 
ácido graxo e o grupo tiol da coenzima A para produzir um acil graxo-CoA, acoplado a quebra de 
ATP a AMP e PPi. 
Fig. 3. Mobolização dos triacilgliceróis armazenados no 
tecido adiposo. Quando o baixo nível de glicose induz a 
liberação do glucagon, (1) os hormônios ligam-se ao 
receptor na membrana do adipócito e assim (2) estimula a 
adenil ciclase, via a proteína G, a produzir o cAMP, que 
fosforila (3) a lipase hormônio-sensível e (4) as moléculas 
de perilipina na superfície da gotículas de lipídeo. A 
fosforilação da perilipina permite a lípase hormônio-sensível 
acessar a superfície da gotícula de lipídeo, onde (5) ela 
hidrolisa triacilgliceróis a ácidos graxos livres. (6) Os ácidos 
graxos deixam o adipócito, ligam-se a soroalbumina no 
sangue, e são caregados na corrente sangüínea; eles são 
liberados da albumina e (7) entram no miócito via um 
transportador de ácido graxo específico. (8) No miócito, os 
ácidos graxos são oxidados a CO2, e a energia de oxidação é 
conservada em ATP, que abastece a contração muscular e 
outros processos endergônicos. 
P
O
OP
O
OO-
O-
P
O
O
O- O-
Adenosina
R C
O-
O
P
O
OO-
O-
P
O
O-
O-
R C
O
O
P
O
O
O-
Adenosina
+
Acilgraxo-CoA sintetase
CoA SH
AMP
R C
S
O
CoA
Pirofosfato
2Pi
Pirofosfatase
inorgänica
Acilgraxo-CoA 
sintetase
Acil graxo-CoA
∆Go = −19 kJ/mol ∆Go = −15 kJ/mol (pelas 
 duas etapas do processo) 
ATP
Ácido graxo
1
2
 
Acil graxo-CoAs, como o acetil-CoA, são compostos de alta energia; sua hidrólise a AGL e CoA 
causa uma grande mudança de energia livre padrão negativa (∆Gο ≈ -31 kJ/mol). A formação de 
um acil graxo-CoA é feito de forma mais favorável pela hidrólise duas ligações de alta energia de 
um ATP; o pirofosfato formado na reação de ativação é imediatamente hidrolisado pela 
pirofosfatase, que puxa a reação de ativação precedente na direção da formação do acil graxo-
CoA. 
 
 Ácido graxo + CoA + ATP →→→→ acilgraxo-CoA + AMP + 2Pi ∆∆∆∆G'o = -34 kJ/mol 
 
Os ésteres acill-CoA formados no lado citossólico da membrana mitocondrial externa podem ser 
transportados para dentro da mitocôndria e oxidador para produzir ATP, ou eles podem ser 
utilizados no citoplasma para síntese de lipídeso de membrana. Os ácidos graxos destinados à 
oxidação mitocndrial são transitorialmente ligados ao grupo hidroxila da carnitina para formar 
acilgraxo-carnitina, na segunda reação da lançadeira. Esta transesterificação é catalisada pela 
carnitina aciltransferase I, na membrana externa. Tanto acilgraxo-CoA passa através da 
membrana externa e é convertido a éster de carnitina no espaço intemembrana, ou o éster de 
carnitina é formado no lado citossólico da membrana externa. O éster acilgraxo-carnitina então 
entra na matriz por difusão facilitada através do transportador acilgraxo-carnitina/carnitina da 
Conversão de um ácido graxo a 
acilgraxo-CoA. A conversão é catalisada 
pela acilgraxo-CoA sintetase e pela 
pirofosfatase inorgânica. A ativação do 
ácido graxo pela formação da acilgraxo-
CoA ocorre em duas etapas. Na etapa (1), o 
íon carboxilato desloca os dois últimos 
fosfatos (β e γ) do ATP para formar 
acilgraxo-adenilato, um anidrido misto de 
ácido carboxílico e ácido fosfórico. O outro 
produto é PPi, que é imediatamente 
hidrolisado a dois Pi, impulsionando a 
reação para ferente. Na etapa (2), o grupo 
tiol da coenzima A conjclui o ataque 
nucleofílico ao anidrido misto ligado à 
enzima, deslocando o AMP e formando o 
tioéster acilgraxo-CoA. A reaçã completa é 
altamente exergônica. 
membrana mitocondrial interna. 
Na terceira e última etapa da lançadeira carnitina, o grupo acilgraxo é enzimaticamente transferido 
da carinitina para uma coenzima A intramitocondrial pela carnitina aciltransferase II. Esta 
isoenzima, localizada na face interna da membrana mitocndrial interna, regenera o acilgraxo-CoA 
liberando-o, juntamente com a carnitina livre, dentro da matriz. A carnitina reentra no espaço 
intermembrna via o transportador acil-carnitina/carnitina. 
 
 
 
 
 
Este processo de três etapas para transferir ácidos graxos para a matriz miotocondrial – 
esterificação com CoA, transesterificação com carnitina, seguida de transporte e transesterificação 
de novo com CoA – liga dois pools separados de coenzima A, um no citossol e outro na 
mitocôndria. Estes pools têm diferentes funções. A CoA na matriz mitocondiral é largamente usada 
na degradação oxidativa do piruvato, ácidos graxos e de alguns aminoácidos, enquanto que a 
coenzima A citossólica é usada na biossíntese de ácidos graxos e de seus ésteres. 
 
2. Oxidação dos Ácidos Graxos 
 
A oxidação dos ácidos graxos ocorre inicialmente pela remoção sucessiva de duas unidades de 
carbono (β-oxidação) para formar acetil-CoA, iniciando do extermidade carboxil da cadeia de 
ácido graxo. Por exemplo, o ácido palmítico de 16 carbonos (palmitato no pH 7) sofre sete passos 
pela seqüência oxidativa, perdendo em cada passo dois carbonos como acetil-CoA. No fim dos 
sete ciclos, os últimos carbonos do palmitato (originalmente C-15 e C-16) ficam como acetil-CoA. 
O resultado final é a conversão da cadeia do palmitato de 16-carbonos em oito moléculas de 
grupos acetila de dois-carbonos. 
No segundo estágio da oxidação dos ácidos graxos, os grupos acetil-CoA são oxidados nociclo 
do ácido cítrico, que ocorre na matriz mitocondrial. O acetil-CoA derivado dos ácidos graxos entra 
numa via de final comum de oxidação com o acetil-CoA derivado da glicose via glicólise e 
oxidação do piruvato. 
Entrada de ácido graxo na mitocôndria via transportador acil-
carnitina/carnitin. Após o acilgraxo-carnitina ser formado na membrana externa 
ou no espaço intermembrana, este se move para o interior da matriz por difução 
facilitada através do transportador na membrana interna. Na matriz, o grupo acil é 
transferido para coenzima A mitocondrial. 
As duas primeiras reações do primeiro estágios da oxidação dos ácidos graxos produzem os 
carreadores de elétrons reduzidos NADH e FADH2, cujos elétrons são, no terceiro estágio, doados 
à cadeia respiratória mitocondrial, através da qual os elétrons passam para o oxigênio com a 
concomitante fosforilação do ADP a ATP. Logo, a energia liberada pela oxidação dos ácidos 
graxos é conservada como ATP. 
 
ββββ−−−−Oxidação dos Ácidos Graxos Saturados 
O primeiro estágio da oxidação dos ácidos graxos é realizado por quatro enzimas. Primeiro, a 
desidrogenação do acilgraxo-CoA produz uma dupla ligação entre os átomos de carbonos α e 
β (C-2 e C-3), produzindo um trans-∆∆∆∆2222-enoil-CoA. 
Esta primeira etapa é catalisada por três isoenzimas da acil-CoA-desidrogenase, cada uma 
específica para uma faixa de comprimento de cadeia de acilgraxo: desidrogenase para cadeias 
muito longas (VLCAD), atuando em ácidos graxos de 12 a 18 carbonos; cadeias médias (MCAD), 
agindo em ácidos graxos de 4 a 14 carbonos; e cadeias curtas (SCAD), agindo em ácidos graxos 
de 4 a 8 carbonos. Todas as três enzimas são flavoproteínas com FAD como um grupo prostético. 
Os elétrons removidos do acilgraxo-CoA são transferidos para o FAD, e a forma reduzida da 
desidrogenase doa seus elétrons a um carreador da cadeia respiratória mitocondrial, a 
flavoproteína transportadora de elétrons (ETF). A reação catalisada pela succinato 
desidrogenase é análoga à desidrogenação do succinato no ciclo do ácido cítrico; em ambas as 
reações a enzima está liga a membrana interna, dupla ligação é introduzida no ácido carboxílico 
entre os carbonos α e β, FAD é o receptor de elétrons, e os elétrons da reação finalizam entrando 
na cadeia respiratória e passam para O2, com a síntese de 1,5 moléculas de ATP por par de 
elétrons. 
Na secunda etapa do primeiro estágio do ciclo da β-oxidação, água é adicionada à dupla ligação 
do trans-∆2-enoil-CoA para forma o L estereoisômero da ββββ-hidroxiacil-CoA (3-hidroxiacil-CoA). 
Esta reação, catalisada pela enoil-CoA hidratase, é formalmente análoga reação dafumarase no 
ciclo do ácido cítrico, na qual H2O é adicionado através de uma dupla ligação α−β. 
Na terceira etapa, a L−β−hidroxiacil-CoA é desidrogenada para formar a ββββ−−−−cetoacil-CoA, pela 
ação da ββββ-hidroxiacil-CoA desidrogenase; NAD+ é o receptor de elétrons. Esta enzima é 
absolutamente específica para o L estereoisômero da hidroxiacil-CoA. A NADH formada na reação 
doa seus elétrons para NADH desidrogenase, um carreador de elétrons da cadeia respiratória, e 
ATP é formado a partir de ADP quando os elétrons passam para o O2. A reação catalisada pela β-
hidroxiacil-CoA desidrogenase é estritamente análoga à do malato desidrogenase do ciclo do 
ácido cítrico. 
A quarta e última etapa do ciclo da β-oxidação é catalisada pela acil-CoA acetiltransferase, mais 
conhida como tiolase, que promove a reação da β−cetoacil-CoA com uma molécula livre de 
coenzima A para separar o carboxil terminal do fragmento de dois carbonos do ácido graxo 
original como acetil-CoA. O outro produto é o tioéster da coenzima A com o ácido graxo, agora 
mais curto (com dois carbonos a menos). 
As três últimas etapas da seqüência são catalisadas por um tanto de dois grupos de enzimas, que 
serão empregadas dependendo do comprimento da cadeia do acilgraxo. Para cadeias de 12 ou 
mais carbonos, as reações são catalisadas por um complexo multienzimático associado à 
membrana mitocondrial interna, a proteína trifuncional (TFP). A TFP é um heteroctâmero de 
subunidades α4 β4. Cada subunidade α tem duas atividades, enoil-CoA hidratase e a β-hidroacil-
CoA desidrogenase. As subunidades β contêm a atividade tiolase. 
 
R CH2 CH2β
CH2
α
C S CoA
O
R CH2 Cβ
C
α
C S CoA
OH
H
R CH2 CHβ
CH2
α
C S CoA
O
OH
R CH2 Cβ
CH2
α
C S CoA
OO
R CH2 C
O
SCoA CH3 C S CoA
O
+
FAD
FADH2
NAD+
NADH
H2O
 CoA−SH
(C16)
(C14)
(C14) Acil-CoA Acetil-CoA
(miristoil-CoA
Palmitoil-CoA
acil-CoA
desidrogenase
enoil-CoA
hidratase
β−hidroxiacil-CoA
desidrogenase
acil-CoA
acetiltransferase 
(tiolase)
(a)
 
 
 
A via da β-oxidação. (a) Em cada passo através desta 
seqüência de quatro etapas, um resíduo de acetil 
(marcado em rosa) é removido na forma de acetil-CoA a 
partir da extremidade carboxila da cadeia do acilgraxo – 
neste exemplo o palmitato, que entra como palmitoil-
CoA. (b) Seis passos a mais através dessa via produzem 
mais sete moléculas de acetil-CoA. Oito moléculas de 
acetil-CoA são formadas ao todo 
 
 
Estágios da oxidação dos ácidos 
graxos. Estágio 1: um ácido graxo de 
cadeia longa é oxidadopara produzir 
resíduos na forma de acetil-CoA. Este 
processo é chamado de β-oxidação. 
Estágio 2: Os grupos acetilas são 
oxidados a CO2 via o ciclo do ácido 
cítrico. Estágio 3: Elétrons derivados 
das oxidações dos estágios 1 e 2 passam 
para o O2 via a cadeia respiratória 
mitocondrial, proporcionando energia 
para a síntese de ATP pela fosforilação 
oxidativa.