Lipólise e lipogênese

Prévia do material em texto

Lipólise e lipogênese
	Embora a glicose ocupe posição central no metabolismo e muitos tecidos utilizem ela como fonte exclusiva para obtenção de energia, alguns órgãos como o coração e o fígado obtêm 80% da sua capacidade energética a partir da oxidação de ácidos graxos. Além disso, por desempenharem uma variedade de funções, a síntese de lipídeos é essencial a manutenção dos organismos. Neste texto, serão abordados o transporte de lipídeos até os locais de oxidação, o processo da β-oxidação para os ácidos graxos com diferentes tipos de cadeias, as variações da β-oxidação que ocorrem em organelas especializadas bem como outros tipos de oxidação.A seguir será descrita a síntese de ácidos graxos. Por fim, será abordada a regulação da lipólise e da lipogênese. 
1. Lipólise
A. Transporte de lipídeos
	Os ácidos graxos utilizados como fonte de energia podem ser obtidos da dieta ou dos triacilgliceróis armazenados no tecido adiposo. Assim, esses ácidos graxos precisam ser transportados do intestino ou do tecido adiposo até os tecidos que os utilizam como fonte de energia. 
	Os triacilgliceróis da dieta são emulsificados no intestino delgado por sais biliares, hidrolisados pelas lipases intestinais, absorvidos pelas células intestinais, reconvertidos em triacilgliceróis, e então transformados em quilomícrons pela combinação com apolipoproteínas específicas. Os quilomícrons distribuem os triacilgliceróis aos tecidos, onde a lipase lipoproteica libera ácidos graxo livres para a entrada nas células. 
	Os triacilgliceróis armazenados no tecido adiposo são mobilizados por uma lipase de triacilglicerol sensível a hormônio. Os ácidos graxos liberados se ligam à albumina sérica e são transportados no sangue para o coração, músculos esqueléticos e demais tecidos que utilizam ácidos como combustíveis.
	Uma vez nas células, os ácidos graxos precisam entrar na mitocôndria pois as enzimas da oxidação de ácidos graxos nas células animais estão localizadas na matriz mitocondrial. Os ácidos graxos com comprimento de cadeia de 12 carbonos ou menos entram na mitocôndria sem a ajuda de transportadores de membrana. Os ácidos graxos com 14 ou mais carbonos precisam de transportadores específicos. Esse ácidos graxo são primeiramente ativados na membrana mitocondrial externa pela conversão em tioésteres de acil-CoA graxos. Essa ativação é catalisada pela acil-CoA-sintetase e requer a clivagem do ATP em AMP e PPi. O acil-CoA graxo formado pode ser utilizado no citosol para sintetizar lipídeos de membrana ou transportados para dentro da mitocôndria e oxidados para produzir ATP. Os ácidos graxos destinados a oxidação mitocondrial estão transitoriamente ligados ao grupo hidroxil da carnitina, formando acil-graxo carnitina. Essa transesterificação é catalisada pela carnitina acil-tranferase da membrana mitocondrial externa. O acil-CoA-graxo-carnitina entra na matriz por difusão facilitada através do transportador acil-carnitina/carnitina da membrana mitocondrial interna. Na matriz mitocondrial, a carnitina-aciltransferase II transfere o grupo acil-graxo da carnitina para a coenzima A, regenerando a carnitina que retorna ao citosol e o acil-CoA-graxo que segue a rota de oxidação. 
B. Oxidação dos ácidos graxos
	A oxidação dos ácidos graxos ocorre na matriz mitocondrial e ocorre em três etapas. Na primeira etapa, chamada de β-oxidação, quatro reações retiram cada unidade de acetil-CoA da extremidade carboxila de um acil-CoA graxo saturado. Esse ciclo ocorre sucessivamente, até que toda a cadeia tem sido oxidada. Na segunda etapa da oxidação dos ácidos graxos, o acetil-CoA é oxidado a CO2 no ciclo do ácido cítrico. Uma grande fração do rendimento teórico de energia livre da oxidação dos ácidos graxos é recuperada como ATP pela fosforilação oxidativa, a etapa final da fosforilação oxidativa.
	O caso mais simples de β-oxidação, é a oxidação de ácidos graxos saturados com número par de carbonos. A β-oxidação consiste em quatro reações em que ocorre a oxidação do acil-CoA-graxo, sendo que a cada ciclo ocorre a remoção de um acetil-CoA. Na primeira reação ocorre, a desidrogenação dos carbonos α e β (C-2 e C-3) pelas acil-CoA-desidrogenase ligada à FAD, formando FADH2; No segundo passo, ocorre a hidratação da dupla ligação trans-∆2 resultante pela enoil-CoA-hidratase enquanto que no passo 3, ocorre a desidrogenação do L-β-hidroxiacil-CoA resultante pela β-hidroxiacil-CoA-desidrogenase ligada à NAD+, gerando NADH + H+. Na quarta reação, ocorre a clivagem do β-cetoacil-CoA resultante pela tiolase, para formar acetil-CoA e um acil-CoA graxo encurtado em dois carbonos. O acil-CoA graxo encurtado entra de novo na sequência de quatro reações. Os quatro passos da β-oxidação são repetidos até a completa oxidação da molécula de ácidos graxo. 
	 Os ácidos graxos insaturados são oxidados na mesma via que os ácidos saturados até se chegar no ponto da insaturação e requer duas enzimas adicionais: a enoil-CoA-isomerase e a 2,4-dienoil-CoA-redutase. Estas enzimas são necessárias porque as ligações insaturadas dos ácidos graxos estão na configuração cis e não podem sofrer a ação da enoil-CoA hidratase, que catalisa a adição de água às ligações duplas trans no passo 2 da β-oxidação. Quando o ácido graxo é monoinsaturado, apenas a isomerase atua, enquanto que quando trata-se de um ácido graxo poliinsaturado são necessárias a redutase e a isomerase. 
	A oxidação completa de ácidos graxos de número ímpar requer três reações extras. Ácidos graxos de número ímpar são oxidados pela via da β-oxidação gerando acetil-CoA e uma molécula de propionil-CoA. Esta é carboxilada a D-metilmalonil-CoA pela propionil-CoA-carboxilase, que contém biotina como cofator. D-metilmalonil-CoA é isomerizada pela epimerase a configuração L e depois novamente isomerada a succinil-CoA em uma reação catalisada pela metilmalonil-CoA mutase, enzima que necessita de coenzima B12 (cobalamina).
	Os peroxissomos vegetais e animais, e os glioxissomos vegetais fazem β-oxidação em quatro etapas semelhante àquelas da via mitocondrial em animais. A primeira etapa de oxidação, no entanto, transfere elétrons diretamente ao O2, gerando H2O2, o qual é clivado a H20 e O2 pela catalase. Os peroxissomos dos tecidos animais se especializaram na oxidação parcial de ácidos graxos de cadeia muito longa e em ácidos graxos ramificados, gerando acil-CoA-graxo de cadeia curta que é exportado para a mitocôndria para completar a oxidação. No glioxissomos, das sementes em germinação, a β-oxidação é um passo a conversão de lipídeos estocados em uma variedade de precursores biossintéticos. 
	As reações da ω-oxidação, que ocorrem no retículo endoplasmático e são catalisadas por oxidases de função mista e aldeído desidrogenase, produzem intermediários, que podem sofrer β-oxidação em qualquer uma das extremidades para gerar ácidos dicarboxílicos curtos como o succinato. 
	As reações da α-oxidação degradam ácidos graxos ramificados no carbono β, tal como ácido fitânico. Essa ramificação impede a β-oxidação e estes ácidos graxos são catabolizados nos perixossomos por um conjunto de enzimas que promovem a remoção da ramificação e prosseguimento da β-oxidação.
2. Biossíntese de ácidos graxos e triacilgliceróis
	Ao contrário da lipólise, a lipogênese ocorre no citoplasma. Os ácidos graxos saturados são sintetizados a partir de acetil-CoA por um sistema citosólico denominado ácido graxo-sintase, que apresenta seis atividades enzimáticas e uma proteína transportadora de grupos acila (ACP). Existem dois tipos de enzimas ácido graxo-sintase. A ácido graxo-sintase I, encontrada em vertebrados e fungos, consiste em polipeptídeos multifuncionais. A ácido graxo-sintase II é um sistema dissociado, encontrado em bactérias e plantas. Ambas contêm dois tipos de grupos-SH, um fornecido pelo grupo prostético fosfopanteteína de ACP, e o outro por um resíduo de cisteína do domínio β-cetoacil-ACP-sintase. Os grupos-SH se ligam covalentemente ligados aos intermediários e funcionam como transportadores de intermediários acilgraxo. 
	A biossíntese de ácidos graxos requer a participação de um intermediário de três carbonos, denominado malonil-CoA, o qual é formado a partir de acetil-CoA e bicarbonato, numa reação irreversível catalisada pela acetil-CoA carboxilase, que tem a biotina como cofator. Como dito anteriormente, a lipogênese ocorre no citosol e a fonte de acetil-CoA é a mitocôndria. A membrana mitocondrial interna é impermeável a acetil-CoA. A acetil-CoA intramitocondrial reage com o oxaloacetato formando citrato, numa reação catalisada pela citrato-sintase. O citrato atravessa a membrana interna pelo transportador de citrato e no citosol, é clivado em oxaloacetato e acetil-CoA pela citrato liase com gasto de ATP. A acetil-CoA segue para a síntese de ácidos graxos e o oxaloacetato e convertido a malato e este a piruvato, pela enzima málica. O piruvato retorna a matriz mitocondrial e a reação catalisada pela enzima málica produz também NADPH, que será utilizado na síntese de ácidos graxos. 	
	O malonil do malonil-CoA é transferido para o grupo -SH da ACP formando o malonil-ACP, que condensa-se com o grupo acetil ligado ao -SH do resíduo de cisteína do domínio KS da ácido graxo sintase, gerando acetoacetil-ACP, com a liberação de CO2. Esta etapa é seguida por redução do produto anterior a D-β-hidroxibutiril-ACP, desidratação produzindo trans-∆2-acil-ACP insaturada e redução a butiril-ACP. O NAPDH é o doador de elétrons para ambas as reduções. Esse conjunto de quatro reações são repetidas para aumentar a cadeia do ácido graxo. No caso do palmitato que contem 16 átomos de carbono, mais seis moléculas de malonil-ACP reagem sucessivamente na extremidade carboxila da cadeia do ácido graxo em crescimento, formando palmitoil-ACP, o produto final da reação da ácido graxo-sintase. O palmitato livre é liberado por hidrólise, atividade tioesterase da ácido graxo-sintase. 
	O palmitato pode ser alongado a estearato, com 18 carbonos ou ácidos graxos saturados ainda maiores, pela ação do sistema de alongamento de ácidos graxos. Palmitato e estearato podem ser dessaturados gerando os ácidos graxos monoinsaturados mais comuns, palmitoleato e oleato, respectivamente, pela ação de oxidases de função mista. Os mamíferos não podem sintetizar linoleato nem α-linolenato, os quais são considerados ácidos graxos essencias e devem obtê-los a partir de fonte vegetais. Também no retículo endoplasmático liso, linoleato exógeno é convertido em araquidonato, o composto precursor dos eicosanoides (prostaglandinas, tromboxanos e leucotrienos), uma família de moléculas de sinalização muito potentes. A síntese das prostaglandinas e dos troboxanos é inibida pelos anti-inflamatórios não esferoidais que atuam sobre a atividade de cicloxigenase da prostagladina H2-sintase. 
	A maior parte dos ácidos graxos sintetizados ou ingeridos possui um dos dois destinos: a incorporação em triacilgliceróis para o armazenamento de energia ou a incorporação no componentes fosfolipídicos da membrana. Os triacilgliceróis são formados pela reação de duas moléculas de acil-CoA graxo com glicerol-3-fosfato, formando ácido fosfatídico; esse produto é desfosforilado a um diacilglicerol e, então, acilado por uma terceira molécula de acil-CoA graxo para gerar um triacilglicerol. A fonte primária do glicerol-3-fostato é o intermediário glicolítico di-hidroxicetona-fosfato pela ação da glicerol-3-fosfato desidrogenada citosólica ligada ao NAD+. A di-hidroxicetona-fosfato é derivada do piruvato por meio da gliceroneogênese. Nos rins e no fígado, uma pequena fração de glicerol-3-fosfato também é produzida a partir do glicerol pela ação da glicerol-quinase. 
	A mobilização e a reciclagem das moléculas de triacilglicerol resultam em um ciclo do triacilglicerol entre o tecido adiposo e o fígado. Os triacilgliceróis são sintetizados novamente a partir de ácidos graxos livres e glicerol-3-fosfato, mesmo durante o jejum. Parte dos ácidos graxos liberados pela lipólise dos triacilgliceróis no tecido adiposo passa para a corrente sanguínea e o restante é utilizado para ressintetizar triacilglicerol. Parte dos ácidos graxos liberados no sangue é utilizada para fornecer energia, e parte é captada pelo fígado e utilizada para a síntese de triacilgliceróis. O triacilglicerol formado no fígado é transportado no fígado de volta ao tecido adiposo, onde os ácidos graxos são liberados pela lipase lipoproteica extracelular, captados pelos adipócitos e reesterificados em triacilgliceróis. A biossíntese dos triacilgliceróis nos animais é regulada pela insulina. A insulina estimula a conversão dos carboidratos e das proteínas da dieta em gordura, aumentando a produção de acetil-CoA e de ácidos graxos. A insulina atua diretamente sobre a acetil-CoA-carboxilase, aumentando a síntese de ácidos graxos no fígado e sobre a lipase lipoproteica, estimulando a síntese de triacilglicerol no tecido adiposo. 
3. Regulação da lipólise e da lipogênese
	A regulação da síntese e degradação dos ácidos graxos é realizada de modo coordenado. Quando a dieta disponibiliza uma fonte imediata de carboidratos como combustível, a β-oxidação dos ácidos graxo é desnecessária, sendo portanto desativada. Duas enzimas são essenciais na coordenação do metabolismo dos ácidos graxos: a acetil-CoA-carboxilase, primeira enzima na síntese dos ácidos graxos, e a carnitina-aciltransferase-I, que limita o transporte dos ácidos graxos para dentro da matriz mitocondrial para a β-oxidação. A ingestão de uma refeição rica em carboidratos aumenta os níveis de glicose no sangue e, portanto, ativa a liberação da insulina. A proteína-fosfatase dependente de insulina desfosforila a acetil-CoA-carboxilase, ativando-a. A acetil-CoA-carboxilase catalisa a formação de malonil-CoA, e o malonil-CoA inibe a carnitina-aciltransferase I, impedindo assim a entrada de ácidos graxos na matriz mitocondrial. Quando baixam os níveis de glicose no sangue, como no intervalo entre as refeições, a liberação de glucagon ativa a proteína-quinase dependente de AMPc, que fosforila e inativa a acetil-CoA-carboxilase. Com a baixa concentração de malonil-CoA, a inibição da entrada de ácidos graxos na mitocôndria é aliviada, e os ácidos graxos entram na matriz mitocondrial e tornam-se o principal combustível. O glucagon também ativa a mobilização de ácidos graxos no tecido adiposo, sendo um suplemento adicional de ácidos graxos ao sangue. 
	Além disso, duas enzimas da β-oxidação também são reguladas por metabólitos que sinalizam a suficiência de energia. Quando a razão [NADH/NAD+] é alta, a β-hidroxiacil-CoA-desidrogenase é inibida; altas concentrações de acetil-CoA inibem a tiolase. Além dos mecanismos regulatórios de curta duração que modulam a atividade de enzimas, a regulação transcricional pode variar o número de moléculas das enzimas da oxidação dos ácidos graxos em uma escala de tempo de minutos a horas. Um exemplo, são os PPAR, receptores nucleares que atuam como fatores de transcrição no músculo, fígado e tecido adiposo, que quando ativados aumentam a expressão de enzimas do catabolismo de ácidos graxos. CREB é outro fator de transcrição ativado pelo glucagon que ativa genes da oxidação de ácidos graxos. 
	O palmitoil-CoA é um inibidor por retroalimentação da acetil-CoA-carboxilase enquanto o citrato é um ativador alostérico, elevando a Vmáx. A acetil-CoA-carboxilase como dito anteriormente, também é regulada por modificação covalente. A fosforilação promovida pelas ações dos hormônios glucagon e adrenalina inativa a enzima e reduz sua sensibilidade à ativação por citrato, dessa forma reduzindo a velocidade da síntese de ácidos graxos. Na sua forma ativa (desfosforilada), a acetil-CoA-carboxilase polimeriza-se em longos filamentos; a fosforilação é acompanhada pela dissociação das subunidades monoméricas e perda da atividade. Os receptores PPAR mencionados anteriormente, também regulam a expressão de enzimas da lipogênese, neste caso suprimindo a expressão de tais enzimas. Em plantas, a acetil-CoA-carboxilase é ativada por aumento do pH do estromae [Mg2+]. 
4. Conclusão
	A lipólise e a lipogênese referem-se a oxidação e síntese de ácidos graxos, que são utilizados como armazenadores e fonte de energia, principalmente durante o jejum e exercício muscular intenso. Estes processos são isolados de forma tanto espacial quanto temporal. A lipólise ocorre na mitocôndria enquanto a lipogênese ocorre no citoplasma. O malonil-CoA inibe a carnitina-acil-transferase I, impedindo que os dois processos ocorram ao mesmo tempo. Estes controles garantem que os dois processos não constituam um ciclo fútil, desperdiçando energia.