Biossíntese de Ácidos Graxos, Eicosanoides e Triacilgliceróis

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Reconhecer os processos enzimáticos e
mecanismos regulatórios da síntese de ácidos graxos (AG)
Identificar a localização celular e os precursores da biossíntese de AG;
Identificar os sistemas enzimáticos envolvidos na biossíntese de AG;
Analisar a estequiometria da síntese de AG;
Identificar as fontes de NADPH utilizado na síntese de AG;
Explicar os conceitos de alongamento e dessaturação;
Entender como a síntese de AG é regulada;
Entender como funciona a lançadeira para a transferência de grupos acetil da mitocôndria para o citosol.
A malonil-CoA é formada a partir de acetil-CoA e bicarbonato
Catalisador: acetil-CoA-carboxilase
A enzima bacteriana contém três subunidades polipeptídicas distintas
A enzima contém um grupo prostético, a biotina, covalentemente ligado por uma ligação amida ao grupo e-amino de um resíduo de Lys presente em um dos três polipeptídeos ou domínios da molécula da enzima
Catalisa uma reação em duas etapas
Grupo carboxil, derivado do bicarbonato (HCO3-), é transferido pra biotina, numa reação dependente de ATP
Grupo biotina age como transportador de CO2, passando ele pra acetil-CoA
Gera malonil-CoA
A síntese dos ácidos graxos ocorre em uma
sequência de reações que se repetem
O sistema ácido-graxo-sintase é uma sequência de reações que constrói os ácidos graxos, e vão se repetindo em ciclos
A cada ciclo, a cadeia aumenta 2 carbonos e um grupo acila saturado vira o substrato da condensação seguinte, com um grupo de malonila ativado.
A ácido graxo-sintase I (AGS I), encontrada em vertebrados e em fungos, e a ácido graxo-sintase II (AGS II), encontrada em vegetais e bactérias
AGS I tem sete sítios ativados para reações diferentes, localizados em domínios diferentes
As subunidades parecem agir independente uma da outra
Três dos sete sítios ativos necessários são encontrados na subunidade alfa e quatro na subunidade beta
A síntese leva a um único produto, e não são liberados intermediários
Quando a cadeia tem 16 carbonos, o palmitato (produto) deixa o ciclo
Os carbonos 15 e 16 do palmitato são derivados dos átomos de carbono dos grupos metil e carboxil, respectivamente, de uma acetil-CoA utilizada diretamente para iniciar o sistema. Os outros são originados da acetil-CoA via malonil-CoA
A ácido graxo-sintase de mamíferos
tem múltiplos sítios ativos
Os múltiplos domínios da AGS I atuam como enzimas distintas, porém ligadas
O sítio ativo de cada enzima é encontrado em um domínio separado dentro do polipeptídeo maior
Os intermediários permanecem covalentemente ligados como tioésteres a um de dois grupos tiol. Um ponto de ligação é o grupo -SH de um resíduo de Cys em um dos domínios da sintase (beta-cetoacil-ACP-sintase; KS); o outro ponto é o grupo -SH de uma proteína transportadora de grupos acila, domínio distinto do mesmo polipeptídeo
A hidrólise dos tioésteres é muito exergônica, e a energia liberada ajuda a tornar termodinamicamente favoráveis dois passos distintos da síntese dos ácidos graxos (condensação)
A proteína transportadora de grupos acila (ACP, acyl carrier protein) é o transportador que mantém o sistema unido. A ACP de Escherichia coli é uma proteína pequena, que tem um grupo prostético 
Ácido graxo-sintase recebe
grupos acetila e malonila
Antes que as reações de condensação que constroem a cadeia do ácido graxo possam iniciar, os dois grupos tióis do complexo enzimático devem ser carregados com os grupamentos acila corretos
Grupo acetila da acetil-CoA é transferido para a ACP, catalisada pelo domínio malonil/ acetil-CoA-ACP-transferase (MAT)
O grupo acetila é transferido para o grupo ¬SH da Cys da beta-cetoacil-ACP-sintase (KS)
A segunda reação, a transferência do grupo malonila da malonil-CoA para o grupo ¬SH da ACP, também é catalisada pela MAT
No complexo sintase carregado, os grupos acetila e malonila são ativados para o processo de alongamento da cadeia.
Etapa 1: Condensação
Grupos acetila e malonila ativados, formando acetoacetil-ACP
Grupo acetoacetil ligado à ACP pelo grupo ¬SH da fosfopanteteína, formando molécula de CO2
Catalisador: KS (beta-cetoacil-ACP-sintase)
Grupo acetil é transferido ao grupo SH da Cys da enzima pro grupo malonila ligado ao grupo SH da ACP, tornando-se a unidade de dois carbonos metil-terminal do novo grupo acetoacetila
Átomo de CO2 formado é o mesmo carbono introduzido na malonil-CoA a partir do bicarbonato, pela reação da acetil-CoA-carboxilase. Daí, a ligação covalente do CO2 é transitória, sendo ele removido toda vez que uma unidade de 2C é adicionada
O uso de grupos malonila ativados em vez de grupos acetil é o que torna as reações de condensação termodinamicamente favoráveis
O carbono do grupo malonila forma um bom nucleófilo. Na condensação, a descarboxilação do grupo malonila facilita o ataque nucleofílico do carbono metileno sobre a ligação tioéster entre o grupo acetil e a KS, o que desloca o grupo SH da enzima
Condensação + descarboxilação do grupo malonila = processo muito exergônico 
Etapa 2: Redução do grupo Carbonila 
A acetoacetil-ACP formada na etapa de condensação sofre redução do grupo carbonil
Produto: d-beta-hidroxibutiril-ACP
Catasilador: KR (beta-cetoacil-ACP-redutase)
Doador de elétrons: NADPH
Etapa 3: Desitratação
Elementos da água são removidos dos carbonos 2 e 3 do produto anterior 
Produto: uma ligação dupla (trans-∆2-butenoil-ACP)
Catalisador: DH (beta-hidroxiacil-ACP-desidratase)
Etapa 4: Redução da ligação Dupla
A ligação dupla é reduzida (saturada)
Produto: butiril-ACP
Catalisador: ER (enoil-ACP-redutase)
Doador de elétrons: NADPH
As reações da ácido graxo-sintase são
repetidas para formar palmitato
É possível considerar em duas etapas a reação global para a síntese do palmitato a partir de acetil-CoA.
Formação de 7 moléculas de malonila-CoA
7 ciclos de condensação e redução
Produz só seis aguas, pq uma é usada pra hidrolisar a ligação tioéster entre palmitato e enzima
Balanço da Biossíntese de AG
Com o palmitato:
Requer acetil-CoA
Fornecimento de energia química: o potencial de transferência de grupos do ATP e o poder redutor do NADPH
ATP é preciso pra ligar CO2 + acetil-CoA = malonil-CoA
NADPH são precisos pra reduzir o grupo alfa-ceto e a ligação dupla
A síntese de ácidos graxos ocorre no citosol de muitos organismos,
mas nos cloroplastos das plantas
Na maioria dos eucariotos superiores, o complexo da ácido graxo-sintase é encontrado exclusivamente no citosol, o que segrega as reações de degradação, já que muitas delas ocorrem na matriz mitocondrial
Existe uma separação correspondente dos cofatores transportadores de elétrons utilizados no anabolismo (geralmente processos redutivos) e aqueles utilizados no catabolismo (geralmente oxidativos)
Em geral, o NADPH é o transportador de elétrons para as reações anabólicas e o NAD+ atua nas reações catabólicas
No citosol de hepatócitos, a relação [NADPH]/[NADP+] é muito alta, gerando ambiente redutor
No citosol da célula, a relação [NADPH]/[NADP+] é muito menor, daí oxidação da glicose (dependente do NAD+) pode ocorrer no mesmo lugar e momento que síntese dos ác. graxos
Nos hepatócitos e adipócitos, NADPH citosólico é gerado pela VPF e enzima málica
O acetato é transportado para fora da
mitocôndria como citrato
A membrana interna da mitocôndria é impermeável a acetil-CoA, de modo que um transportador indireto transfere os equivalentes do grupo acetila pela membrana interna.
A acetil-CoA intramitocondrial reage primeiro com oxaloacetato, formando citrato (do CAC, formando citrato-sintase). 
Citrato atravessa a membrana pelo transportador de citrato
Citrato-liase volta o citrato para acetil-CoA e oxaloacetato, no citosol. Essa reação depende de ATP.
Oxaloacetato é reduzido à malato, pela malato-desidrogenase citosólica
Transportador malato-alfa-cetoglutarato devolve malato pra matriz mitocondrial em troca de citrato
A maior parte do malato produzido no citosol é utilizada para gerar NADPH citosólico pela ação da enzima málica
O piruvato produzido é transportadopara a mitocôndria pelo transportador de piruvato, sendo convertido em oxaloacetato na matriz, pela enzima piruvato-carboxilase
Ciclo resultante: consome 2ATP para cada molécula de acetil-CoA entregue pra síntese de ácidos graxos. 
Depois do citrato ser clivado pra gerar acetil-CoA, a enzima málica quebra os carbonos restantes em piruvato e CO2, o que gera a metade do NADPH preciso pra sintetizar ácidos graxos.
O restante de NADPH preciso é fornecido pela VPF
A biossíntese de ácidos graxos é
precisamente regulada
A reação catalisada pela acetil-CoA-carboxilase é a etapa limitante na biossíntese de ácidos graxos, e essa enzima é um ponto importante de regulação.
Além da regulação momento a momento da atividade enzimática, essas vias são reguladas no que se refere à expressão gênica
Se a síntese de ácidos graxos e a b-oxidação ocorressem simultaneamente, os dois processos constituiriam um ciclo fútil, desperdiçando energia. Já foi visto que a b-oxidação é bloqueada por malonil-CoA, que inibe a enzima carnitina-aciltransferase I.
Assim, durante a síntese de ácidos graxos, a produção do primeiro intermediário, a malonil-CoA, desliga a b-oxidação no nível do sistema transportador na membrana interna da mitocôndria.
AG saturados de cadeia longa são sintetizados
a partir do palmitato
O palmitato é precursor de outros AG de cadeia longa 
Deve ser alongado, formando estearato ou AG saturados ainda maiores pela adição de grupos acetil
Quem faz isso é o sistema de alongamento de AG, que tem no REL e na mitocôndria 
Embora diferentes sistemas enzimáticos estejam envolvidos e a CoA seja o transportador de grupos acila, em lugar da ACP, o mecanismo de alongamento no RE é idêntico àquele utilizado na síntese do palmitato: doação de dois carbonos a partir da malonil-CoA redução desidratação nova redução do produto saturado de 18 carbonos a estearoil-CoA
Dessaturação dos AG requer uma
oxidase de função mista
Palmitato e estearato servem como precursores de dois AG monoinsaturados comuns nos tecidos animais: palmitoleato e oleato
Esses dois AG tem só uma ligação dupla cis entre C-9 e C-10
A ligação dupla é reduzida na cadeia por uma reação oxidativa (cat: acil-CoA graxo-dessaturase, que é uma oxidase de função mista)
Dois substratos diferentes, o ácido graxo e o NADPH, sofrem oxidação simultaneamente, perdendo dois elétrons, que passam pelo citocromo b5 e uma flavoproteína (citrocromo b5-redutase), os dois localizados no REL
Nos vegetais, o oleato é produzido pela estearoil-ACP-dessaturase (EAD). Essa enzima tem um papel nos animais sobre o desenvolvimento da obesidade e resistência à insulina. Ela é sintetizada a partir de ácidos graxos.
Os hepatócitos de mamíferos não podem introduzir ligações duplas adicionais em certas posições, ou seja, não podem sintetizar linoleato ou alfa-linoleato, mas os vegetais podem fazer ambas as coisas.
As enzimas do RE atual sobre a fosfatidilcolina, um fosfolipídeo que tem pelo menos um oleato ligado ao glicerol. 
Linoleato e alfa-linoleato são precursores para síntese de outras coisas, por isso são AG essenciais
Entender a síntese de eicosanoides a
partir de ácidos graxos.
Compreender as etapas da síntese de triacilgliceróis e sua regulação, a gliceroneogênese
Compreender as etapas da síntese de eicosanoides;
Identificar os precursores e etapas da síntese dos triacilgliceróis;
Entender a regulação da síntese de triacilgliceróis;
Descrever a gliceroneogênese, sua função e regulação;
Explicar o ciclo dos triacilgliceróis;
Discutir a relação entre a classe de fármacos tiazolidinedionas e a gliceroneogênese
Os eicosanoides são formados a partir de ácidos graxos
poli-insaturados de 20 carbonos
Eicosanoides: família de moléculas de sinalização biológica, muito potentes, atuam como mensageiros de curta distância, agindo sobre tecidos próximos ás células que os produzem.
Fosfolipase A2 pode atacar fosfolipídios da membrana, em resposta a hormônios ou outro estimulo. Isso faz liberar araquidonato do carbono do meio do glicerol. O araquidonato é formado a partir de ômega 6.
Esse araquidonato é convertido em prostaglandinas pelas enzimas no REL, o que inicia a formação de prostaglandina H2 (PGH2), precursor de outras coisas. 
As reações que levam a formar a PGH2 são catalisadas pela ciclogenase (COX), também chamada prostaglandina H2-sintase, feitas em duas etapas:
COX introduz oxigênio molecular, convertendo araquidonato em PGG2
Peroxidase da COX converte PGG2 em PGH2
Os mamíferos tem duas isoenzimas, COX-1 e COX-2, com funções distintas, mas sequencias de aminoácidos semelhantes e mecanismos de reação similares. 
COX-1: síntese de prostaglandinas que regulam secreção da mucina gástrica
COX-2: síntese de prostaglandinas que controlam inflamação, dor e febre
Tromboxanos: induzem a constrição dos vasos sanguíneos e a agregação plaquetária, etapas iniciais na coagulação sanguínea.
Há duas vias do araquidonato:
Forma tromboxanos ou prostaglandinas
Forma leucotrienos
Leucotrienos: contração de músculo liso. Em indivíduos com asma, se tiver muito leucotrienos, esse quadro pode ser agravado
Biossíntese de Triacilgliceróis
O destino dos AG ingeridos pelo organismo são a incorporação:
Em triacilgliceróis para o armazenamento de energia metabólica
Nos componentes fosfolipídicos da membrana
Esse destino depende da necessidade que o organismo tem, no momento.
Os triacilgliceróis e os glicerofosfolipídeos são sintetizados
a partir dos mesmos precursores
Os triacilgliceróis dispõem do maior conteúdo energético de todos os nutrientes estocados
Sempre que os carboidratos são ingeridos em excesso à capacidade de armazenamento de glicogênio, esse excesso é convertido em triacilgliceróis e armazenado no tecido adiposo
Nos animais, triacilgliceróis e os glicerofosfolipídeos compartilham dois precursores (acil-CoA graxo e L-glicerol-3-fosfato) e diversas etapas biossintéticas. 
A grande maioria do glicerol-3-fosfato é derivada do intermediário glicolítico di-hidroxiacetona-fosfato (DHAP) pela ação da glicerol-3-fosfato-desidrogenase citosólica ligada ao NAD; no fígado e nos rins, uma pequena parte do glicerol-3-fosfato também é produzida a partir do glicerol pela ação da glicerol-cinase
Outros precursores dos triacilgliceróis: acil-CoA graxos (formada pelas acil-CoA-sintetases a partir dos AG [mesmas enzimas que ativam os AG na beta-oxidação]) 
1ª etapa na biossíntese dos triacilgliceróis: 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
O ácido fosfatídico é um intermediário central na biossíntese dos lipídeos, pode ser convertido tanto em um triacilglicerol quanto em um glicerofosfolipídeo. 
Na via de síntese de triacilgliceróis, o ácido fosfatídico é hidrolisado pela ácido fosfatídico-fosfatase (também chamado lipina), formando 1,2-diacilglicerol, que são convertidos em triacilgliceróis por transesterificação, com um terceiro acil-CoA graxo.
A biossíntese de triacilgliceróis nos animais
é regulada por hormônios
Quando precisam de AG para satisfazer as necessidades energéticas, sua liberação do tecido adiposo é estimulada pelos hormônios glucagon e adrenalina. Esses sinais hormonais diminuem a velocidade da glicólise e aumentam a velocidade da gliconeogênese no fígado (dando glicose para o encéfalo).
AG liberado é captado por diversos tecidos, incluindo os músculos, onde ele é oxidado para a geração de energia. A maior parte do ácido graxo captado pelo fígado não é oxidada, mas é reciclada a triacilglicerol e retorna ao tecido adiposo.
O tecido adiposo gera glicerol-3-fosfato
por meio da gliceroneogênese
Gliceroneogênese é uma versão mais curta da gliconeogênese, em que:
Piruvato DHAP glicerol-3-fosfato (glicerol-3-fosfato-desidrogenase + NAD) triacilglicerol
No tecidoadiposo, acoplada à reesterificação dos ácidos graxos livres, controla a velocidade de liberação dos ácidos graxos no sangue
No tecido adiposo marrom, a mesma via pode controlar a velocidade pela qual os ácidos graxos livres são enviados para a mitocôndria para utilização na termogênese
No fígado, durante jejum, responde pela síntese de glicerol-3-fosfato suficiente para a reesterificação de até 65% dos ácidos graxos em triacilglicerol
PEP-carboxicinase limita o fluxo pelo ciclo do triacilglicerol entre fígado e tecido adiposo, limitando a velocidade da gliconeogênese e da gliceroneogênese. Regulada pelos hormônios glicocorticoides nesses dois locais, aumentam a expressão do gene que sintetiza a enzima.
No fígado, os glicocorticoides aumentam a expressão do gene codificador da PEP-carboxicinase
Ao mesmo tempo em que o processo acima ocorre, no tecido adiposo, os glicocorticoides suprimem a expressão do gene que codifica a PEP-carboxicinase
Tiazolidinedionas tratam Diabetes II
aumentando a gliceroneogênese
Os altos níveis de ácidos graxos livres no sangue interferem com a utilização da glicose nos músculos e promovem a resistência à insulina, que leva ao diabetes tipo 2
Tiazolidinedionas reduzem os níveis dos ácidos graxos circulantes no sangue e aumenta a sensibilidade à insulina
Promovem a indução da PEP-carboxicinase no tecido adiposo, levando ao aumento na síntese dos precursores da gliceroneogênese, que aumenta a síntese de triacilgliceróis no tecido adiposo e reduz a liberação de ácidos graxos livres do tecido adiposo para a corrente sanguínea