Metabolismo de Colesterol e Esteroides. Lipoproteínas e Transporte de Lipídeos

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Compreender as etapas da biossíntese de colesterol, sua regulação e os destinos metabólicos desta molécula.
Identificar os precursores e os intermediários da biossíntese do colesterol
Descrever os sistemas enzimáticos envolvidos na biossíntese do colesterol
Distinguir os mecanismos regulatórios da biossíntese do colesterol a curto e longo prazo (função de SREBP)
Descrever os principais destinos do colesterol no organismo
Compreender o mecanismo de ação das estatinas
Definir e identificar as classes de lipoproteínas humanas e a função das mesmas no transporte de lipídeos
Conceituar lipoproteínas e identificar as principais classes destas moléculas que estão envolvidas no transporte de lipídeos
Caracterizar cada lipoproteína quanto a estrutura/composição e local de síntese
Descrever como ocorre o transporte de lipídeos no organismo, destacando a função de cada lipoproteína (quilomícrons, VLDL, LDL, HDL)
Descrever a função da lipase lipoproteica
Descrever a captação de LDL por endocitose mediada por receptor; relacionar tal processo à hipercolesterolemia familiar
Explicar como a HDL realiza o transporte reverso de colesterol, incluindo seu processo de maturação e a função de LCAT
Relacionar o metabolismo de colesterol à doença cardiovascular (aterosclerose: Níveis de HDL E LDL)
Colesterol, esteroides e isoprenoides: biossíntese, regulação e transporte
Todo o carbono do colesterol vem do acetato
Unidades de isopreno (intermediários essenciais na via do acetato até o colesterol) são precursores de lipídios naturais e os mecanismos pelos quais essas unidades são polimerizadas são semelhantes, em todas as vias
O colesterol é formado a partir da acetil-CoA
em quatro etapas
Acetato mevalonato 
Três unidades de acetato se condensam, formando um intermediário de seis carbonos, o malevonato
2 acetil-CoA acetoacetil-CoA (condensação) (acetil-CoA-acetil transferase)
Acetoacetil-CoA HMG-CoA (condensação) (HMG-CoA-sintase)
HMG-CoA mevalonato (redução) (HMG-CoA-redutase)
Na terceira etapa, cada uma das moléculas de NADPH do HMG-CoA doa dois elétrons para o mevalonato 
Mevalonato dois isoprenos ativados
Três grupos fosfato são transferidos de três moléculas de ATP para o mevalonato
Um fosfato e um grupo carboxila do mavelonato saem, produzindo ligação dupla no produto de cinco carbonos: é o primeiro isopreno ativado (∆3-isopentenil-pirofosfato)
Esse primeiro produto é isomerizado, gerando o segundo isopreno ativado (dimetilalil-pirofosfato)
6 unidades de isopreno esqualeno
Os isoprenos ativados antes sofrem uma condensação, formam o geranil-pirofosfato
O produto sofre outra condensação com outro grupo de isopreno ativado, forma o farnesil-pirofosfato
Esse segundo produto se liga com outra molécula igual e forma o esqualeno (tem 30 carbonos)
Esqualeno núcleo esteroide de quatro anéis
Esqualeno recebe um átomo de oxigênio, por causa da esqualeno-monoxigenase
As ligações duplas desse 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.
É formada uma molécula com quatro anéis característicos
Após 20 reações, esse produto é convertido em colesterol
O colesterol tem vários destinos
A maior parte da síntese de colesterol ocorre no fígado
Parte dele é incorporado nas membranas dos hepatócitos 
Parte dele é exportada por: ácidos biliares, colesterol biliar ou ésteres de colesterila
Oxiesteróis: formados no fígado, atuam como reguladores da síntese de colesterol
Em outros tecidos, o colesterol é convertido em hormônios esteroides (córtex da suprarrenal, gônadas) ou no hormônio vitamina D (fígado, rins)
Bile: uma das formas exportadas de colesterol do fígado. Estocado na vesícula biliar, excretado no intestino delgado pra ajudar em refeições gordurosas. Composto por ácidos biliares e seus sais, meio hidrofílicos, agem como emulsificantes.
ACAT: enzima cuja ação forma os ésteres de colesterila. Catalisa a transferência de um ácido graxo da coenzima A para o grupo hidroxil do colesterol, convertendo o colesterol em uma forma mais hidrofóbica e prevenindo que eles entrem nas membranas.
O colesterol e outros lipídeos são transportados
em lipoproteínas plasmáticas
Apolipoproteínas: lipoproteínas plasmáticas, que são complexos macromoleculares de proteínas transportadoras específicas
Combinam-se com lipídeos, formando classes de partículas lipoproteicas, que são complexos esféricos com os lipídeos hidrofóbicos no centro e as cadeias laterais hidrofílicas de aminoácidos na superfície
Diferentes combinações produzem diferentes partículas
Cada classe de apolipoproteína tem uma função específica, os componentes proteicos delas atuam como sinalizadores, direcionando as lipoproteínas para tecidos específicos ou ativando enzimas que agem nas lipoproteínas. Eles também têm sido envolvidos em doenças
Quilomícron
Maiores e menos densas lipoproteínas. Tem alta proporção de triacilgliceróis. Sintetizados a partir de gorduras da dieta no RE dos enterócitos, células epiteliais que recobrem o intestino delgado. Os quilomícrons então se movem pelo sistema linfático e entram na corrente sanguínea pela veia subclávia esquerda
Tem apolipoproteínas:
apoB-48
apoE
apoC-II
apoC-II ativa a lipase lipoproteica nos capilares do tecido adiposo, do coração, do músculo esquelético e da glândula mamária em lactação, permitindo a liberação de ácidos graxos livres (AGL) para esses tecidos. Os quilomícrons, portanto, transportam ácidos graxos da dieta para os tecidos onde eles serão consumidos ou armazenados como combustível
O que resta dos quilomícrons vai da corrente sanguínea pro fígado. Receptores existentes no fígado ligam a apoE nos remanescentes dos quilomícrons e controlam sua captação por endocitose
No fígado, o que resta libera seu colesterol e é degradado nos lisossomos
Via exógena: do colesterol da dieta até o fígado
VLDL
Quando a dieta contém mais ácidos graxos e colesterol do que a quantidade necessária para uso imediato como combustível ou como precursores de outras moléculas, eles são convertidos em triacilgliceróis ou ésteres de colesterila no fígado e empacotados com apolipoproteínas específicas, formando as lipoproteínas de densidade muito baixa (VLDL)
VLDL é transportada pro músculo e tecido adiposo. Nos capilares desses tecidos, apoC-II ativa a lipase lipoproteica, que catalisa a liberação dos ácidos graxos a partir dos triacilgliceróis das VLDL. Os adipócitos captam esses ácidos graxos, reconvertem-nos em triacilgliceróis e armazenam os produtos em gotículas intracelulares de lipídeos; já os miócitos primeiro oxidam esses ácidos graxos para obterem energia.
Nos níveis de insulina: 
Alto, as VLDL transportam lipídeos da dieta para o tecido adiposo para armazenamento.
Baixo, os AG usados pra produzir VLDL no fígado vem mais do tecido adiposo e elas atuam mais nos miócitos do coração e músculo esquelético.
A perda de triacilgliceróis faz VLDL IDL
IDL: lipoproteína de densidade intermediaria, que quando removida, produz LDL
LDL
Transporta colesterol para os tecidos extra-hepáticos. Eles têm receptores na membrana plasmática que reconhecem a apoproteína e controlam a captação de colesterol e ésteres de colesterila
Também entrega colesterol para os macrófagos, algumas vezes os convertendo em células espumosas
Quando não captados pelos tecidos periféricos, voltam pro fígado pelos receptores de LDL, localizados na membrana plasmática dos hepatócitos. O colesterol que entra no hepatócito por essa via pode ser incorporado nas membranas, convertido em ácidos biliares ou reesterificados pela ACAT para armazenamento nas gotículas lipídicas citosólicas.
Via endógena: formação do LDL no fígado e retorno dele ao mesmo
HDL
Origina-se no fígado e no intestino delgado como pequenas partículas ricas em proteína que contêm relativamente pouco colesterol e não contêm ésteres de colesterila
Tem principalmente apoA-I e enzima LCAT
LCAT: catalisa a formação deésteres de colesterila a partir de lecitina (fosfatidilcolina) e de colesterol. Na superfície de HDL recém-formado, converte colesterol e fosfatidilcolina dos remanescentes do quilomícrons e da VLDL em ésteres de colesterila. Isso inicia a formação do núcleo da HDL, transformando ela em uma partícula madura. 
HDL nascente pode captar colesterol de células extra-hepáticas ricas em colesterol
HDL madura retorna ao fígado, onde colesterol é descarregado pelo receptor
Transportadora de éster de colesterila pode transferir parte desses ésteres do HDL pro LDL
Transporte Reverso do Colesterol: o circuito da HDL
A maior parte desse colesterol é convertido em sais biliares no fígado e armazenado na vesícula biliar. Sais são excretados na refeição e depois reabsorvidos pelo fígado. Recirculam pela vesícula biliar na circulação êntero-hepática
Endocitose é um mecanismo usado pra captação de LDL, em que esterol é descarregado no fígado ou outros tecidos
Quando HDL se liga aos receptores SR-BI na membrana plasmática dos hepatócitos ou de tecidos esteroidogênicos, esses receptores controlam a transferência parcial e seletiva do colesterol e de outros lipídeos do HDL para a célula. A HDL descarregada então se dissocia e recircula na corrente sanguínea para extrair mais lipídeos dos remanescentes de quilomícrons e VLDL e de células sobrecarregadas com colesterol
Legenda
C: chegada
S: saída
F: fígado
L: LDL
H: HDL
Col: colesterol
T: outros tecidos
A síntese e o transporte do colesterol são
regulados em vários níveis
Regulada pela concentração intracelular de colesterol e pelos hormônios glucagon e insulina. A etapa comprometida na via de síntese do colesterol (e o principal local de regulação) é a conversão de HMG-CoA em mevalonato, a reação catalisada pela HMG-CoA-redutase
Atividade da HMG-CoA redutase
A regulação de curto prazo da enzima existente é realizada por alteração covalente reversível – fosforilação pela proteína-cinase dependente de AMP (AMPK), sensível à alta concentração de AMP (indicando baixa concentração de ATP).
- ATP + AMP - síntese de colesterol estímulo p/ geração de ATP
HMG-CoA redutase também é influenciada pelos hormônios que controlam a regulação global do metabolismo de lipídeos e carboidratos.
Glucagon estimula a inativação (fosforilação): menor síntese de colesterol
Insulina estimula a ativação (desfosforilação): maior síntese de colesterol
Número de Moléculas de HMG-CoA redutase
A síntese dessa enzima é regulada por um gene, que é controlado por uma pequena família de proteínas, as proteínas de ligação aos elementos reguladores de esterol (SREBP). Quando recém-sintetizadas, essas proteínas estão inseridas no RE.
Apenas o fragmento solúvel do domínio regulatório de uma SREBP atua como ativador da transcrição gênica
Quando os níveis de colesterol e oxiesterol estão altos, as SREBP são mantidas no RE e complexadas a outra proteína, chamada de proteína ativadora da clivagem da SREBP (SCAP), que está ancorada à membrana do RE pela interação com a proteína Insig. 
SCAP e Insig atuam como sensores do esterol. As três proteínas, quando os níveis de esteróis na célula:
Abaixam: escoltadas por proteínas secretórias para o aparelho de Golgi, onde duas clivagens proteolíticas de SREBP liberam um fragmento regulatório, que entra no núcleo e ativa a transcrição dos seus genes-alvo
Aumentam: liberação deles é bloqueada e há degradação do domínio ativo existente, o que desliga os genes-alvo
Em longo prazo, o nível da HMG-CoA-redutase também é regulado por degradação proteolítica da enzima. Altos níveis de colesterol celular são detectados pela Insig, que dispara o acoplamento de moléculas de ubiquitina à HMG- -CoA-redutase, levando à sua degradação pelo proteossomo
Receptor Hepático X (RHX) é um fator de transcrição nuclear ativado por ligantes oxiesteróis (refletindo os altos níveis de colesterol), que integra o metabolismo dos ácidos graxos e da glicose. Tem dois tipos:
Alfa: expresso principalmente no fígado, no tecido adiposo e nos macrófagos
Beta: presente em todos os tecidos
Quando ligado a um oxiesterol, os RHX formam heterodímeros com um segundo tipo de receptor nuclear, os receptores X de retinoides (RXR), e o dímero RHX-RXR ativa a transcrição de um grupo de genes, inclusive dos necessários para conversão esterol ácido biliar, das apoproteína que transportam colesterol, de transportadores envolvidos no transporte reverso de colesterol, do GLUT4, da SREBP
SREBP: ativado em baixo nível de colesterol celular
RHX: ativado em alto nível de colesterol
Outros mecanismos regulatórios:
Altas concentrações intracelulares de colesterol ativam a ACAT, que aumenta a esterificação do colesterol para o armazenamento
Alto nível de colesterol celular diminui (via SREBP) a transcrição do gene que codifica o receptor de LDL, reduzindo a produção do receptor e a captação de colesterol do sangue
A desregulação do metabolismo de colesterol pode
levar à doença cardiovascular
O acumulo patológico de colesterol (placas) pode obstruir os vasos: aterosclerose
Altos níveis de colesterol no sangue e altos níveis de colesterol LDL
Quando o LDL contendo grupos acil-graxo parcialmente oxidados adere-se e acumula-se na matriz extracelular das células epiteliais que revestem as artérias, monócitos são atraídos. Eles se diferenciam em macrófagos, que captam o LDL oxidado e o colesterol que eles tem. 
Mas os macrófagos não podem limitar a captação de esteróis, e com o aumento do acúmulo de ésteres de colesterila e colesterol livre, eles se tornam células espumosas
Colesterol vai se acumulando nessas células e em suas membranas, até sofrerem apoptose
Há placas, tecido de cicatrização (tecido muscular liso) e células espumosas remanescentes, que vão aumentando com o passar do tempo, obstruindo o local
Se uma placa se solta do local de origem e é transportada para uma região com vasos mais estreitos, podem causar um acidente vascular cerebral ou infarto.
Hipercolesterolemia Familiar: os níveis de colesterol sanguíneo são extremamente elevados e uma aterosclerose grave se desenvolve na infância. Elas tem o LDL defeituoso e não tem captação mediada por receptor do colesterol transportado por LDL, daí ele não é retirado do sangue. Se acumula nas células espumosas e ajuda formar as placas. O corpo ainda produz colesterol.
Estatina: classe de fármacos usados para tratar hipercolesterolemia familiar e com outras condições envolvendo níveis séricos elevados de colesterol. Estatinas parecem mavelonato, são inibidores competitivos da HMG-CoA redutase.
O transporte reverso do colesterol por HDL se opõe à
formação da placa e da aterosclerose
HDL reduz o potencial dano na formação de células espumosas
HDL esgotado (tem baixo nível de colesterol) captura o armazenado nos tecidos extra-hepáticos e o leva pro fígado. 
Dois transportadores que ligam ATP estão envolvidos na saída de colesterol das células espumosas
apoA-I interage com o transportador, célula rica em colesterol. Ela transporta uma parte do colesterol de dentro da célula pra superfície da membrana, onde apoA-I livre o captura e transporta pro fígado. 
Outro transportador facilita mover colesterol pra fora da célula e pro HDL. 
Esse efluxo é crítico quando envolve transporte reverso do colesterol pra fora das células espumosas, onde as placas começaram a se formar.