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Autor: M. Vinícius Souza e S Ácidos Graxos Introdução • Os de cadeia longa são oxidados à acetil-CoA • Fornece 80% da energia necessária no coração e no fígado • Os elétrons retirados dos ácidos graxos → cadeia respiratória → ATP • Acetil-CoA (ácidos graxos) → oxidados completamente a CO2 (ciclo do ácido cítrico) o mais energia • No fígado: acetil-CoA → corpos cetônicos (solúveis em água exportados para o cérebro e outros tecidos quando a glicose não está disponível) • β-oxidação: ácidos graxos → acetil-CoA • Cadeias alquilas longas dos ácidos graxos dos triacilgliceróis – basicamente hidrocarbonetos – muito mais energético que carboidratos ou proteínas • Triacilgliceróis se agregam em gotículas lipídicas sem aumenta a osmolaridade do citosol e sem serem solvatadas. • Devem ser emulsificados antes de ser digerido por enzimas hidrossolúveis no intestino • Devem ser carregados ligados a proteínas que neutralizam sua insolubilidade o carboxila do C1 é ativado pela ligação à coenzima A 1. oxidação gradativa do grupo acil graxo na posição C3, ou β (β-oxidação) • A oxidação completa dos ácidos graxos a CO2 e H2O ocorre em três etapas: o oxidação dos ácidos graxos de cadeia longa a fragmentos de 2C (acetil-CoA – β-oxidação) o oxidação de acetil-CoA a CO2 (ciclo de Krebs) o transferência de elétrons dos transportadores de elétrons reduzidos à cadeia respiratória mitocondrial Digestão, mobilização e transporte de gorduras • Três fontes de ácidos graxos para a célula o gorduras (dieta) o gorduras (adipócitos) o gorduras (biossintetizadas) As gorduras da dieta são absorvidas no intestino delgado Etapa 1 • Para que seja absorvido: triacilgliceróis → micelas dispersas o solubilização feita pelos sais biliares (ácido taurocólico) 1. sintetizados a partir do colesterol no fígado 2. armazenados na vesícula biliar e liberados no intestino delgado após a ingestão de uma refeição gordurosa 3. compostos anfipáticos – convertem gorduras em micelas mistas de sais biliares e triacilgliceróis Etapa 2 • As micelas aumentam a ação das lipases hidrossolúveis no intestino o convertem os triacilgliceróis em monoacilgliceróis e diacilgliceróis, ácidos graxos livres e glicerol Etapa 3 • Os produtos da ação da lipase se difundem à mucosa intestinal Etapa 4 • são reconvertidos em triacilgliceróis e empacotados com o colesterol da dieta e proteínas → quilomícrons (agregados de lipoproteínas) • apolipoproteínas: proteínas de ligação a lipídeos (sangue) Autor: M. Vinícius Souza e S o transportam triacilgliceróis, fosfolipídeos, colesterol e ésteres de colesterol o formam partículas de lipoproteína 1. podem ser VLDL (very low density lipoproteins) ou 2. VHDL (very high density lipoproteins) Etapa 5 • são reconhecidas por receptores nas superfícies celulares • no intestino: quilomícrons possuem a apolipoproteína C-II (apoC-II) o mucosa intestinal → sistema linfático → sangue → músculos e tecido adiposo Etapa 6 • Nos capilares: o apoC-II ativa a enzima extracelular lipase lipoproteica → hidrólise dos triacilgliceróis em ácidos graxos + glicerol Etapa 7 • Absorvidos pelos tecidos-alvo Etapa 8 • No músculo o ácidos graxos → oxidados (energia) • No tecido adiposo o ácidos graxos → reesterificados para armazenamento na forma de triacilgliceróis • Os quilomícrons (sem triacilgliceróis) remanescentes (geralmente com colesterol e apolipoproteínas: sangue → fígado o endocitose (receptores) o podem ser oxidados (energia) ou o substratos para síntese de corpos cetônicos • Ácidos graxos consumidos em excesso o fígado converte triacilgliceróis empacotados (apolipoproteínas) → VLDL 1. transportadas pelo sangue → tecido adiposo 2. triacilgliceróis removidos da circulação → armazenamento de lipídio nos adipócitos Hormônios ativam a mobilização dos triacilgliceróis armazenados • A superfície dos lipídeos armazenados nos adipócitos é revestida por perilipinas o evita a mobilização prematura dos lipídeos • hormônio sinaliza necessidade de energia metabólica (glucagon e epinefrina) → lipídeos transportados aos tecidos → oxidação (energia) o situação de baixos níveis de glicose ou atividade iminente 1. estímulo da enzima Adenil ciclase (proteínas de membrana dos adipócitos) 2. produção de AMP cíclico (cAMP) 3. PKA (proteína-cinase dependente de cAMP) → abertura das gotículas de lipídeo 4. lipases atuam sobre tri, di e monoacilgliceróis → liberação de ácidos graxos (livres) + glicerol 5. ácidos graxos livres: adipócitos → sangue 6. se ligam à albumina sérica: se liga (covalente) a até 10 ácidos graxos 7. transporte aos tecidos o Nos tecidos 1. ácidos graxos dissociam-se da albumina → transportadores da membrana → interior da célula (produção de energia) 2. glicerol → liberado (lipase) → fosforilado → oxidado a di-hidroxiacetona → vias glicolítica ou gliconeogênica (ou sintetiza triacilgliceróis ou fosfolipídeos) o O glicerol liberado pela lipase 1. fosforilado (glicerol-cinase) → glicerol-3-fosfato (da di-hidroxiacetona fosfato Autor: M. Vinícius Souza e S 2. triose-fosfato-isomerase: di-hidroxiacetona → gliceraldeído-3-fosfato (oxidado na glicólise) Os ácidos graxos são ativados e transportados para dentro das mitocôndrias • As enzimas da oxidação de ácidos graxos estão na matriz mitocondrial • Ácidos graxos com 12C ou menos não precisam de transportadores de membrana • Os com 14C ou mais passam por três reações enzimáticas → CICLO DA CARNITINA Reação 1 o acil-CoA-sintetase (enzima da membrana mitocondrial externa) catalisa o ácido graxo + CoA + ATP ↔ acil-CoA graxo + AMP (adenosina monofosfato) + PPi (pirofosfato) 1. ligação tio éster entre a carboxila do ac. g. e o grupo tiol da CoA 2. o intermediário é o acil-graxo-adenilato 3. o PPi é hidrolisado pela pirofosfatase, favorecendo o sentido de reação à direita, liberando 2Pi (Fosfato inorgânico) Reação 2 • Os ésteres de acil-CoA graxo formados no lado citosólico da membrana externa da mitocôndria podem ser transportados para dentro da mitocôndria → oxidados → ATP ou utilizados no citosol → lipídeos de membrana o enzima carnitina acil-transferase I (membrana externa) o acil-CoA → éster de carnitina – acil-graxo-carnitina (intermembrana) (proteína porina – membrana externa) • Acil-graxo-carnitina → entra na matriz (difusão facilitada – transportador acil-carnitina – membrana mitocondrial interna) Reação 3 • Acil-graxo é transferido – carnitina → coenzima A (intramitocondrial) o enzima carnitina-aciltransferase II (face citosólica da membrana mitocondrial interna o libera a acil-CoA graxo + carnitina livre dentro da matriz o carnitina volta ao espaço intermembrana pelo transportador acil-carnitina • A coenzima A na matriz mitocondrial é utilizada na degradação oxidativa do piruvato, dos ácidos graxos e alguns aminoácidos • A coenzima A citosólica é utilizada na biossíntese de ácidos graxos • O PROCESSO DE ENTRADA MEDIADO PELA CARNITINA É O PASSO LIMITANTE PARA A OXIDAÇÃO DOS ÁCIDOS GRAXOS NA MITOCÔNDRIA E É UM PONTO DE REGULAÇÃO Resumão • triacilgliceróis → ácidos graxos + glicerol – muita energia • triacilgliceróis são emulsificados no intestino delgado por sais biliares, hidrolisados pelas lipases intestinais e absorvidos pelas células epiteliais intestinais → voltam a ser triacilgliceróis → quilomícrons = apolipoproteínas • quilomícrons transportam os triacilgliceróis aos tecidos → lipase lipoproteica libera ácidos graxos livres à célula Autor: M. Vinícius Souza e S • triacilgliceróis em tecidos adiposos são mobilizados pela lipase de triacilglicerolsensível a hormônio (glucagon) ácidos graxos são transportados pela albumina sérica ao sangue, coração, musculatura esquelética e outros tecidos dentro da célula os ácidos graxos são ativados na membrana mitocondrial externa → tio ésteres de acil-CoA graxos (ciclo da carnitina) Oxidação de Ácidos Graxos • Ocorre em três etapas: β-oxidação, oxidação da acetil-CoA a CO2 (ambas produzem transportadores de elétrons reduzidos NADH e FADH2) e cadeia respiratória mitocondrial A β-oxidação de ácidos graxos saturados tem quatro passos básicos • São quatro reações Primeiro passo • Desidrogenação da acil-CoA → dupla ligação entre C α e β (C2 e C3) → trans-∆2-enoil-CoA • É catalisado por três isoenzima da acil-CoA desidrogenase o acil-CoA desidrogenase de cadeia muito longa – VLCAD – atuando em ácidos graxos de 12C a 18C o acil-CoA desidrogenase de cadeia média – MCAD – de 4C a 14C o acil-CoA desidrogenase de cadeia curta – SCAD – 4C a 8C • Todas são flavoproteínas com FAD como grupo prostético • Os elétrons removidos da acil-CoA graxo são transferidos para o FAD e a forma reduzida da desidrogenase doa seus elétrons a ETF (eletron-transferring protein) OBS.: a oxidação catalisada por uma acil-CoA desidrogenase é análoga à desidrogenação do succinato no ciclo de Krebs • Os elétrons das reações entram na cadeia respiratória e os passam ao O2 (cerca de 1,5 ATP por par de elétrons) Segundo passo • Há a hidratação da dupla ligação da trans-∆2-enoil-CoA → 3-hidroxiacil-CoA (estereoisômero L da β- hidroxiacil-CoA) o enzima enoil-CoA hidratase o análoga à reação da fumarase no ciclo do ácido cítrico Terceiro passo • L-βhidroxiacil-CoA é desidrogenada → β-cetoacil-CoA o enzima β-hidroxiacil-CoA desidrogenase o NAD+ é o aceptor de elétrons o O NADH doa seus elétrons para NADH-desidrogenase (transportador de elétrons da cadeia respiratória) o análoga à malato-desidrogenase do ciclo de Krebs Quarto passo • β-cetoacil-CoA + CoA livre → acetil-CoA (fragmento de dois carbonos da extremidade carboxílica do ácido graxo original) + tioéster de CoA (2C) o tiólise o enzima acil-CoA-acetiltransferase/tiolase o análoga à hidrólise o reverso da condensação de Claisen As três últimas etapas → dois conjuntos de enzimas • 12C ++ → proteína trifuncional (TFP) (associado à membrana interna da mitocôndria) o octâmero de subunidades α4β4 o subunidade α → enoil-CoA-hidratase e β-hidroxiacil-CoA-desidrogenase o subunidade β → atividade tiolase Autor: M. Vinícius Souza e S 1. 3 enzimas → canalização eficiente do substrato de um sítio ativo para outro • Quando a TFP tiver encurtado a cadeia acil-graxo para 12C -- → conjunto de quatro enzimas solúveis na matriz • β-oxidação → desestabiliza e quebra as ligações metileno (-CH2) • 3 primeiras reações → criam ligação C-C menos estável • A função cetona do carbono β (C-3) → alvo para ataque nucleofílico pelo -SH da CoA o tiolase Os quatro passos da β-oxidação são repetidos para produzir acetil-CoA e ATP • Uma passagem pela β-oxidação → 1 acetil-Coa + 2 pares de elétrons + 4H+ são removidos da acil-CoA graxo (encurtada a 2C) • Ex.:7C o Palmitoil-CoA (16C) + CoA + FAD + NAD+ + H2O → miristoil-CoA (14C) + acetil-CoA + FADH2 + NADH + H+ o Palmitoil-CoA + 7CoA + 7FAD + 7NAD+ + 7H2O → 8 acetil-CoA + 7FADH2 + 7NADH + 7H+ • FADH2 → doa um par de elétrons para a ETF (cadeia respiratória) → 1,5 ATP • NADH → doa um par de elétrons para a NADH-desidrogenase (mitocondrial) → 2,5 ATP • 4 moléculas de ATP são formadas para cada unidade de 2C removida + H2O • Equação total à oxidação do Palmitoil-CoA: Palmitoil-CoA + 7CoA + 7O2 + 28Pi + 28ADP → 8 acetil-CoA + 28ATP + 7H2O A acetil-CoA pode ser oxidada ainda mais no ciclo do ácido cítrico • acetil-CoA → CO2 + H2O Palmitoil-CoA + 23O2 + 108Pi + 108ADP → CoA + 108ATP + 16CO2 + 23H2O • O custo energético de ativar um ácido graxo é equivalente a 2 ATP → ganho líquido por molécula de palmitato 106ATP A oxidação de ácidos graxos insaturados requer duas reações adicionais • Maioria dos ácidos graxos nos triacilgliceróis e fosfolipídeos de animais e plantas é insaturada o configuração cis → não sobre ação da enoil-CoA hidratase • Ex.: oleato (18C) Primeiro passo • oleato → oleoil-CoA → entra na matriz mitocondrial (ciclo da carnitina) Segundo passo • passa três vezes pela β-oxidação → 3 acetil-CoA e éster de CoA (12C) Terceiro passo • cis-∆3-enoil-CoA → trans-∆2-enoil-CoA o enzima auxiliar ∆3, ∆2-enoil-CoA-isomerase • trans-∆2-enoil-CoA → L-β-hidroxiacil-CoA Quarto passo • L-β-hidroxiacil-CoA → decanoil-CoA (10C) • 4 passagens pela via de β-oxidação → 5 acetil-CoA Redutase → oxidação de ácidos graxos poli-insaturados • Ex.: linoleato (18C) – cis-∆9, cis-∆12 • ação combinada da enoil-CoA-isomerase + 2,4-dienoil-CoA-redutase Autor: M. Vinícius Souza e S A oxidação completa de ácidos graxos de número ímpar requer três reações extras • Propionato (3C) → fermentação dos carboidratos do rúmen • Absorvido pelo sangue e oxidado pelo fígado e outros tecidos • inibidor de mofo • Em ácidos graxos de cadeia longa de número ímpar → oxidados e, na ultima passagem pela β-oxidação → acil- CoA graxo com ácido graxo de 5C → acetil-CoA e propionil-CoA • Propionil-CoA → carboxilada → estereoisômero D da metilmalonil-CoA o enzima propionil-CoA-carboxilase (biotina) • O intermediário (carboxibiotina) requer energia (ATP) • D-metilmalonil-CoA → epimerizada → L-metilmalonil-CoA o enzima L-metilmalonil-CoA-epimerase • L-metilmalonil-CoA → rearranjo → Succinil-CoA (pode entrar no ciclo de Krebs) o enzima metilmalonil-CoA-mutase o coenzima 5’-desoxiadenosilcobalamina 1. coenzima B12 (cobalamina) A oxidação dos ácidos graxos é estritamente regulada • consome combustível → só ocorre quando há a necessidade de energia No fígado • acil-graxo-CoA (citosol) tem 2 vias o β-oxidação (enzimas na mitocôndria) o conversão em triacilgliceróis e fosfolipídeos (enzimas no citosol) • A via tomada depende da taxa de transferência de acil-graxos-CoA de cadeia longa para dentro da mitocôndria • Ciclo da carnitina é limitante para a oxidação → ponto de regulação • A malonil-CoA → ↑ [] quando o animal está bem suprido de carboidratos • O excesso de glicose, que não pode ser oxidado ou armazenado como glicogênio, é convertido triacilglicerol (citosol) • A inibição da carnitina-aciltransferase I pela malonil-CoA → oxidação de ácidos graxos é inibida (fígado amplamente suprido de glicose) e está produzindo triacilgliceróis a partir do excesso de glicose • Quando a razão [NADH/NAD+] está ↑ → β-hidroxiacil-CoA-desidrogenase é inibida • ↑ [] de acetil-CoA → inibição da tiolase Durante a contração muscular vigorosa ou jejum • ↓ ATP; ↑ AMP → ativação da proteína-cinase (ativada por AMPK) → fosforila as enzimas alvo → inibe acetil- CoA-carboxilase o ↓ [] de malonil-CoA → ↑ do transporte de acil-carnitina-graxo à mitocôndria → β-oxidação → ATP Fatores de transcrição ativam a síntese de proteínas do catabolismo de lipídeos • família PPAR (receptor ativado por proliferadores de peroxissomos) → afetam processos metabólicos em resposta à variação de ligantes semelhantes aos ácidos graxos • PPARα age nos músculos, tecido adiposo e fígado → ativa grupo de genes → transportadores (oxidação) e enzimas relacionadas • Resposta disparada quando a célula tem demanda aumentada por energia (jejum) o ↓ [] glicose no sangue → glucagon liberado → cAMP e CREB (ativação de genes para catabolismo de lipídeos) • Transição do metabolismo fetal para o neonatal no coração o glicose e lactato são os principais combustíveisAutor: M. Vinícius Souza e S o no coração → ácidos graxos o na transição PPARα → ativado → ativa genes para o metabolismo de ácidos graxos • Principal local de oxidação dos ácidos graxos durante o exercício → músculo esquelético Defeitos genéticos nas acil-CoA-graxo-desidrogenases causam doenças graves • Os triacilgliceróis estocados são as principais fontes de energia à contração muscular • mutação no gene que codifica acil-CoA-desidrogenase de cadeia média (MCAD) o episódios decorrentes de uma síndrome que inclui: acúmulo de gordura no fígado, ↑ níveis sanguíneos de ácido octanoico, ↓ nível de glicose, sonolência, vômito e coma Os peroxissomos também realizam β-oxidação • Matriz mitocondrial é o principal local de oxidação de ácidos graxos nos animais • Nos vegetais → peroxissomos • São 4 etapas o desidrogenação o adição de água à dupla ligação o oxidação do β-hidroxiacil-CoA a uma cetona o clivagem tiolítica pela CoA Diferenças • Acil-CoA oxidase passa os elétrons diretamente para o O2 → H2O2 → catalase → H2O2 → H2O + O2 o A energia não é liberada na forma de ATP o Dissipada como calor • Peroxissomo: mais ativo sobre ácidos graxos de cadeia muito longa • Em mamíferos: ↑ [] de gorduras na dieta → síntese ↑ de enzimas peroxissomais da β-oxidação no fígado • Peroxissomos hepáticos não contêm as enzimas do ciclo de Krebs → não catalisam a reação de acetil-CoA a CO2 o ácidos graxos de cadeia longa → catalisados à produtos de cadeia curta (hexanoil-CoA) → exportados à mitocôndria → oxidação Os peroxissomos e glioxissomos vegetais usam acetil-CoA da β-oxidação como precursor biossintético Em plantas • oxidação dos ácidos graxos: peroxissomos do tecido foliar e glioxissomos das sementes em germinação Glioxissomos • Apenas em sementes em germinação (peroxissomos especializados) • Usa lipídeos estocados para prover precursores biossintéticos (NÃO ENERGIA) • Triacilgliceróis estocados → glicose, sacarose e metabólitos essenciais • Ácidos graxos liberados (dos triacilgliceróis) → ativados aos derivados de CoA → oxidados nos glioxissomos (mesmo processo dos peroxissomos) • Acetil-CoA produzido → ciclo do glioxilato: precursores de 4C para a gliconeogênese • ↑ [] de catalase Resumão – Oxidação de Ácidos Graxos • Primeira etapa da β-oxidação: 4 reações retiram unidades de acetil-Coa da extremidade carboxila de um acil- CoA graxo saturado o Desidrogenação dos carbonos α e β (C-2 e C-3) pelas acil-CoA-desidrogenases (ligadas à FAD) o Hidratação da dupla ligação trans-∆2 resultante pela enoil-CoA-hidratase Autor: M. Vinícius Souza e S o Desidrogenação do L-β-hidroxiacil-CoA resultante pela β-hidroxiacil-CoA-desidrogenase (ligada à NAD) o Clivagem por CoA (livre) do β-cetoacil-CoA resultante pela tiolase → acetil-CoA + acetil-CoA graxo encurtado em 2C → acil-CoA graxo encurtado entra de novo na β-oxidação • Segunda etapa: acetil-CoA → oxidado a CO2 no ciclo do ácido cítrico o Uma grande fração do rendimento teórico de energia livre da oxidação dos ácidos graxos é recuperada como ATP pela fosforilação oxidativa (etapa final da via oxidativa) • Malonil-CoA inibe a carnitina-aciltransferase I → previne a entrada dos ácidos graxos na mitocôndria → bloqueio da degradação dos ácidos graxos enquanto ocorro a síntese (impede o ciclo fútil) • Defeitos genéticos na acil-CoA-desidrogenase de cadeia média → doenças/mutações no sistema de β- oxidação • Oxidação de ácidos graxos insaturados → 2 enzimas adicionais: enoil-CoA-isomerase e 2,4-dienoil-CoA- redutase o ácidos graxos de número ímpar → oxidados pela β-oxidação → acetil-CoA + propionil-CoA o propinoil-CoA → carboxilada → metilmalonil-CoA → isomerizada → Succinil-CoA (enzima metilmalonil-CoA mutase – coenzima B12) • Peroxissomos vegetais e animais e glioxissomos vegetais → β-oxidação em 4 etapas o transfere elétrons diretamente ao O2 → H2O2 o glioxissomos (sementes em germinação): β-oxidação → conversão de lipídeos estocados em intermediários e produtos • α-oxidação degrada ácidos graxos ramificados (ex.: ácido fitânico) Corpos Cetônicos Introdução Em humanos • acetil-CoA (fígado – β-oxidação) → pode entrar no ciclo do ácido cítrico ou sofrer conversão a corpos cetônicos, acetona, acetoacetato e D-β-hidroxibutirato • Acetona (↓ quantidade que os outros) → exalada • Acetoacetato + D-β-hidroxibutirato → transportados (sangue) → outros tecidos (fora o fígado) → convertidos a acetil-CoA → oxidados no ciclo do ácido cítrico o muita energia → musculo esquelético e cardíaco e córtex renal • O cérebro (preferencia por glicose) pode se adaptar ao uso de acetoacetato ou D-β-hidroxibutirato – EM JEJUM PROLONGADO (glicose não disponível) • Produção e exportação dos corpos cetônicos do fígado para tecidos extra-hepáticos → oxidação contínua de ácidos graxos no fígado quando acetil-CoA não está sendo oxidada no ciclo do ácido cítrico Os corpos cetônicos formados no fígado são exportados para outros órgãos como combustível Primeira etapa de formação de acetoacetato • Ocorre no fígado → condensação enzimática de 2 moléculas de acetil-CoA o enzima tiolase o inverso da última etapa da β-oxidação • Acetoacetil-CoA → condensa com acetil-CoA → β-hidroxi-β-metilglutaril-CoA (HMG-CoA) → clivado → Acetoacetil-CoA (livre) + acetil-CoA • Acetoacetato → reduzido → D-β-hidroxibutirato (reversível) o enzima D-β-hidroxibutirato-desidrogenase (mitocondrial) o específica para forma D Autor: M. Vinícius Souza e S Em pessoas saudáveis • acetona → formada em pequena quantidade a partir de acetoacetato → facilmente descarboxilado espontaneamente ou pela acetoacetato-descarboxilase Em pessoas com diabetes não tratado • grande quantidade de acetoacetato → sangue contém ↑ [] de acetona (tóxica) Em tecidos extra-hepáticos • D-β-hidroxibutirato → oxidado a acetoacetato o enzima D-β-hidroxibutirato-desidrogenase • acetoacetato ativado a éster de CoA pela transferência da CoA do Succinil-CoA o enzima β-cetoacil-CoA-transferase/tioforase • Acetoacetil-CoA clivado pela tiolase → 2 acetil-CoA → ciclo do ácido cítrico • CORPOS CETÔNICOS SÃO USADOS COMO COMBUSTÍVEL EM TODOS OS TECIDOS EXTRA-HEPÁTICOS QUE CARECEM DE TIOFORASE • Fígado → produtor de corpos cetônicos para outros tecidos, mas não um consumidor • Produção e exportação dos corpos cetônicos → oxidação contínua de ácidos graxos com mínima oxidação de acetil-CoA • Se intermediários desviados para a síntese de glicose pela gliconeogênese → oxidação dos intermediários desacelera (junto à oxidação de acetil-CoA) • Fígado: quantidade limitada de acetil-CoA o β-oxidação desacelera esperando coenzima livre • Produção e exportação de corpos cetônicos → liberam CoA → contínua oxidação dos ácidos graxos Os corpos cetônicos são produzidos em excesso no diabetes e durante o jejum • Jejum e diabetes melito não tratado → superprodução de corpos cetônicos → problemas Durante o jejum • gliconeogênese consome os intermediários do ciclo do ácido cítrico → acetil-CoA vai para a produção de corpos cetônicos No diabetes não tratado • ↓ [] de insulina → tecidos extra-hepáticos não captam a glicose do sangue → ↓ [] de malonil-CoA (material de início à síntese de ácidos graxos) → inibição da carnitina-aciltransferase I é aliviada → ácidos graxos entram na mitocôndria → degradados a acetil-CoA (QUE NÃO PODE PASSAR PELO CICLO DO ÁCIDO CÍTRICO – INTERMEDIÁRIOS FORAM DRENADOS NA GLICONEOGÊNESE) • Acúmulo de acetil-CoA (resultante) → acelera formação de corpos cetônicos além da capacidade de oxidação → ↑ [] de acetoacetato + D-β-hidroxibutirato no sangue → ↓ pH → acidose • Indivíduos em dietashipocalóricas → utilizam gorduras do tecido adiposo como principal fonte de energia → ↑ [] de corpos cetônicos no sangue e urina Resumão – Corpos Cetônicos • Corpos cetônicos são formados no fígado (acetona, acetoacetato e D-β-hidroxibutirato) o os dois últimos → combustíveis nos tecidos extra-hepáticos → oxidação a acetil-CoA e entrada no ciclo do ácido cítrico • Superprodução de corpos cetônicos → leva à acidose ou cetose Biossíntese de Lipídeos Biossíntese de ácidos graxos e eicosanoides • Requer a participação de um intermediário de 3C → malonil-CoA Autor: M. Vinícius Souza e S A malonil-CoA é formada a partir de acetil-CoA e bicarbonato • É um processo irreversível o enzima acetil-CoA-carboxilase grupo prostético – biotina (ligação amida ao grupo épsilon-amino de um resíduo de Lys Primeiro passo • Carboxila derivada do bicarbonato (HCO3-) → transferida para a biotina (DEPENDENTE DE ATP) • Biotinila: transportador temporário de CO2 → para acetil-CoA na segunda etapa A síntese dos ácidos graxos ocorre em uma sequência de reações que se repetem • As longas cadeias de carbono dos ácidos graxos são construídas por uma sequência de reações repetitivas em quatro etapas o sistema ácido graxo-sintase o grupamento acil saturado → substrato da condensação subsequente (grupo malonila ativado) • Em cada passagem pelo ciclo → grupo acil-graxo aumenta em 2C • Na via sintética: agente redutor é o NADPH e -SH ligados à enzima • Duas variantes da enzima ácido graxo-sintase o ácido graxo-sintase I (AGS I) – vertebrados e fungos o ácido graxo-sintase II (AGS II) – vegetais e bactérias Com os sistemas AGS I • síntese de ácidos graxos sem liberação de intermediários o 16C (palmitato) → deixa o ciclo o C-16 e C-15 derivados dos átomos de C dos grupos metil e carboxila de uma acetil-CoA utilizada diretamente para iniciar o sistema o outros C originados da acetil-CoA → malonil-CoA Com os sistemas AGS II • Sistema dissociado • cada etapa é catalisada por uma enzima diferente • gera uma variedade de outros produtos A ácido graxo-sintase de mamíferos tem múltiplos sítios ativos • Os múltiplos domínios da AGS I de mamíferos atuam como enzimas distintas, porém ligadas • Sítio ativo de cada enzima é encontrado em um domínio separado do polipeptídio maior • Durante a síntese → intermediários permanecem covalentemente ligados → tio ésteres a um de dois grupos tiol o ponto de ligação é o -SH de uma proteína transportadora de grupos acil • Hidrólise dos tioésteres → altamente exergônica • ACP – proteína transportadora de grupos acil → mantém o sistema unido A ácido graxo-sintase recebe grupos acetil e malonil • Dois grupos tióis do complexo enzimático devem ser carregados com os grupamentos acil corretos • grupo acetil da acetil-CoA → Transferido para a ACP o enzima malonil/acetil-CoA-ACP-transferase • acetil é transferido para o grupo -SH da Cys da β-cetoacil-ACP-sintase • transferência do grupo malonila da malonil-CoA → grupo -SH da ACP o enzima malonil/acetil-CoA-ACP-transferase • No complexo sintase carregado → grupos acetil e malonil ativados para o processo de alongamento da cadeia Autor: M. Vinícius Souza e S Etapa 1 – Condensação • Condensação envolvendo grupos acetil e malonil ativados → Acetoacetil-ACP (pelo grupo -SH da fosfopanteteína) + molécula de CO2 são produzidos o enzima β-cetoacil-ACP-sintase o grupamento acetil é transferido do grupo -SH da Cys ao malonil ligado ao grupo -SH da ACP → unidade de 2C metil-terminal do novo grupo acetoacetil o o C do CO2 é o mesmo introduzido no malonil-CoA pelo HCO3- - reação da acetil-CoA-carboxilase • A ligação covalente do CO2 é transitória → removida assim que cada unidade de dois carbonos é adicionada o uso de grupos malonil ao invés de acetil é termodinamicamente mais favorável • C-2 do malonil (entre o C da carbonila e da carboxila → nucleófilo)0 • Descarboxilação do grupo malonil: facilita o ataque nucleofílico do C metileno sobre a ligação tioéster entre o grupo acetil e a β-cetoacil-ACP-sintase → desloca o grupo -SH da enzima • O uso de malonil ativado (na síntese) e de acetato ativado (na degradação) → termodinamicamente favoráveis • Energia extra necessária para a síntese é fornecida pelo ATP → síntese de malonil-CoA a partir de acetil-CoA + HCO3- Etapa 2 – Redução do grupo carbonila • Acetoacetil-ACP → redução da carbonila em C-3 → D-β-hidroxibutiril-ACP o enzima β-cetoacil-ACP-redutase o NADPH é o doador de elétrons Etapa 3 – Desidratação • Água é tirada dos C-2 e C-3 da D-β-hidroxibutiril-ACP → formada dupla ligação → trans-∆2-butenoil-ACP o enzima β-hidroxiacil-ACP-desidratase Etapa 4 – Redução da dupla ligação • trans-∆2-butenoil-ACP → reduzida (saturada) → butiril-ACP o enzima enoil-ACP-redutase o NADPH é o doador de elétrons As reações da ácido graxo-sintase são repetidas para formar palmitato Etapa 5 • butiril é transferido do grupo -SH da fosfopanteteína da ACP para o -SH de uma Cys da β-cetoacil-ACP-sintase • outro malonil liga-se ao grupo -SH da fosfopanteteína da ACP • há a perda de CO2 para cada adição • o produto da condensação é um grupo acil com seis C ligado ao grupo -SH da fosfopanteteína • o grupo β-cetônico é reduzido nas três etapas seguintes do ciclo, formando o grupo acil saturado • reação global (síntese do palmitato) o Formação de sete moléculas de malonil-CoA: o 7 Acetil-CoA + 7 CO2 + 7 ATP → 7 malonil-CoA + 7 ADP + 7 Pi o Sete ciclos de condensação e redução: o Acetil-CoA + 7 malonil-CoA + 14 NADPH + 14H+ → palmitato + 7 CO2 + 8 CoA + 14 NADP+ + 6H2O 1. Uma água é utilizada para hidrolisar a ligação tioéster entre o palmitato e a enzima • Processo global: o 8 Acetil-CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 14 H+ → palmitato + 8 CoA + 7 ADP + 7Pi + 14 NADP+ + 6 H2O • A BIOSSÍNTESE DOS ÁCIDOS GRAXOS, COMO O PALMITATO, REQUER ACETIL-CoA E O FORNECIMENTO DE ENERGIA QUÍMICA DE DUAS FORMAS: o O POTENCIAL DE TRANSFERÊNCIA DE P (DO ATP) o PODER REDUTOR DO NADPH • Nos eucariotos existe um custo adicional: o acetil-CoA deve ser transportada para o citosol o consumo de 2 ATP por molécula de acetil-CoA transportada Autor: M. Vinícius Souza e S o custo energético da síntese de ácidos graxos → 3 ATP por unidade de 2C A síntese de ácidos graxos ocorre no citosol de muitos organismos, mas nos cloroplastos das plantas. • Em geral o NADPH é o transportador de elétrons para as reações anabólicas e o NAD+ nas catabólicas Nos hepatócitos • [NADPH/NADP+] = ↑ → ambiente fortemente redutor para a síntese redutora dos ácidos graxos e outras biomoléculas • [NADH/NAD+] > na mitocôndria que no citosol → fluxo de elétrons para o NAD+ a partir da oxidação de ácidos graxos, aminoácidos, piruvato e acetil-CoA o redução do oxigênio pela cadeia respiratória Nos hepatócitos e adipócitos • NADPH citosólico é amplamente gerado pela via das pentoses-fosfato e pela enzima málica • Enzima málica ligada ao NADP (via de fixação do C em plantas) tem função diferente • Piruvato produzido na reação entra novamente na mitocôndria Nos hepatócitos e glândulas mamárias de animais lactentes • NADPH necessário para a biossíntese dos ácidos graxos é fornecido principalmente pela via das pentoses- fosfato Células fotossintéticas dos vegetais • Síntese dos ácidos graxos não ocorre no citosol e sim no estroma dos cloroplastos • NADPH é produzido nos cloroplastos pelas reações dependentes de luz da fotossíntese O acetato é transportado para fora da mitocôndria como citrato • Em eucariotos não fotossintéticos praticamente toda a acetil-CoA utilizada na síntese dos ácidos graxos é formada na mitocôndria a partirda oxidação do piruvato e do catabolismo dos esqueletos de carbono dos aminoácidos • Acetil-CoA gerada na oxidação dos ácidos graxos não é uma fonte significativa de acetil-CoA para a biossíntese dos ácidos graxos em animais → ambas são reciprocamente reguladas • Membrana interna da mitocôndria é impermeável a acetil-CoA → transportador indireto transfere os equivalentes do acetil pela membrana interna • Acetil-CoA intramitocondrial → reage com oxaloacetato → formação de citrato (reação do ciclo de Krebs) o enzima citrato-sintase • Citrato → atravessa a membrana interna o transportador de citrato No citosol • citrato → clivado → regenera acetil-CoA e oxaloacetato (gasto de ATP) • Oxaloacetato (sem transportador à matriz) → malato-desidrogenase (citosólica) – reduz o oxaloacetato a malato (GERA NADPH) → transportador malato-α-cetoglutarato → malato retorna à matriz Na matriz • malato → reoxidado – oxaloacetato • O piruvato produzido é transportado para a mitocôndria o transportador de piruvato • piruvato → oxaloacetato o piruvato-carboxilase • CICLO RESULTANTE: CONSUMO DE 2 ATP para cada molécula de acetil-CoA entregue para a síntese de ácidos graxos • conversão dos quatro carbonos remanescentes em piruvato e CO2 (enzima málica) → ½ do NADPH necessário à síntese de ácidos graxos Autor: M. Vinícius Souza e S o via das pentoses-fosfato → restante do NADPH necessário A biossíntese de ácidos graxos é precisamente regulada • ↑ [combustível metabólico] → excesso → ácido graxo (triacilgliceróis) • Reação catalisada pela acetil-CoA-carboxilase → etapa limitante na biossíntese • Principal produto da síntese de ácidos graxos (vertebrados) → Palmitoil-CoA → inibidor por retroalimentação da acetil-CoA-carboxilase • Citrato → ativador alostérico o ↑[acetil-CoA] + [ATP] (mitocondriais) → citrato é transportado para fora da mitocôndria o precursor citosólico de acetil-CoA – ativação da acetil-CoA-carboxilase o inibidor da fosfofruto-cinase-1 (PFK-1) → redução do fluxo de carbono à glicólise Acetil-CoA-carboxilase animal • fosforilação (glucagon e epinefrina) o inativação o redução da velocidade da síntese de ácidos graxos Acetil-CoA-carboxilase vegetal • ativada por ↑ do pH do estroma e da [Mg2+] → iluminação da planta Regulação por expressão gênica • excesso de ácidos graxos poli-insaturados → supressão da expressão de genes que codificam enzimas lipogênicas no fígado o regulação desses genes → família de receptores proteicos nucleares – PPAR Evita ciclo fútil • β-oxidação bloqueada por malonil-CoA (primeiro intermediário da síntese de ácidos graxos) → inibição da enzima carnitina-aciltransferase I Os ácidos graxos saturados de cadeia longa são sintetizados a partir do palmitato • Palmitato → precursor de outros ácidos graxos de cadeia longa → sistema de alongamento de ácidos graxos (retículo endoplasmático liso e mitocôndria) – adição de grupos acetil o alonga a cadeia de 16C da palmitoil-CoA em 2C → estearoil-CoA A dessaturação dos ácidos graxos requer uma oxidase de função mista • palmitato e estearato → precursores dos dois ácidos graxos monoinsaturados mais comuns: palmitoleato (∆9) e oleato (∆9) cis • dupla introduzida: enzima acil-CoA graxo-dessaturase ou oxidase de função mista o ácido graxo e NADPH → oxidação (perda de 2 e-) 1. citocromo b5 e citocromo b5-redutase (RE liso / acil-CoA graxo-dessaturase) • Nos vegetais: oleato produzido pela estearoil-ACP-dessaturase o ferrodoxina reduzida – doadora de elétrons no estroma dos cloroplastos EAD de animais • papel no desenvolvimento da obesidade • resistência à insulina (diabetes melito tipo 2) • síntese induzida por ácidos graxos saturados da dieta Hepatócitos dos mamíferos • introduzem dupla ligação (∆9) dos ácidos graxos; mas não conseguem o mesmo entre C-10 e extremidade metil → não sintetizam linoleato ou α-linoleato (vegetais sim) o precursores necessários para a síntese de outros produtos → ácidos graxos essenciais (aos mamíferos) • linoleato ingerido → y-linolenato, eicosatrienoato e araquidonato (eicosatetraenoato) Autor: M. Vinícius Souza e S • ácidos graxos de 20 carbonos são sintetizados a partir do linoleato por reações de alongamento de ácidos graxos Os eicosanoides são formados a partir de ácidos graxos poli-insaturados de 20C • família de moléculas sinalizadoras biológicas → curta distância – tecidos próximos as células • Fosfolipase A2 – resposta a hormônios ou outro estímulo → ataca os fosfolipídeos de membrana → libera araquidonato do C do meio do glicerol → enzimas do RE liso convertem em prostaglandinas → início da produção de prostaglandina H2 (PGH2) – precursor imediato de muitas outras prostaglandinas e tromboxanos o enzima ciclooxigenase (COX) / prostaglandina H2-sintase Primeira etapa • ciclooxigenase introduz oxigênio molecular: araquidonato → PGG2 Segunda etapa • peroxidade da COX: PGG2 → PGH2 Mamíferos • Tem duas isoenzima da COX: COX-1 e a COX-2 • COX-1 o sintetiza as prostaglandinas que regulam a secreção da mucina gástrica • COX-2 o sintetiza as prostaglandinas que controlam inflamação, dor e febre o a dor pode ser aliviada pela inibição da COX-2 (aspirina – inativa irreversivelmente a atividade da ciclooxigenase das COX → síntese de prostaglandinas e tromboxanos é inibida) o ibuprofeno (anti-inflamatório) → inibe as COX 1. COX-1 → efeitos como irritação estomacal ou mais grave Tromboxano-sintase • Plaquetas (trombócitos): PGH2 → tromboxano A2 • Tromboxanos → induzem a constrição dos vasos sanguíneos e a agregação plaquetária: etapas inicias na coagulação sanguínea o aspirina → reduz a probabilidade de ataques cardíacos – redução da produção de tromboxanos • Síntese de leucotrienos inicia com a ação de diversas lipoxigenases → incorporam o oxigênio molecular ao araquidonato o encontradas em leucócitos, no coração, no cérebro, nos pulmões e no baço o são oxidases Resumão – Biossíntese de ácidos graxos e eicosanoides • Os ácidos graxos saturados de cadeia longa são sintetizados a partir de acetil-CoA → sistema citosólico de seis atividades enzimáticas e uma proteína transportadora de acil (ACP) • São dois tipos de enzimas ácido graxo-sintase o AGS I: em vertebrados e fungos → polipeptídeos multifuncionais o AGS II: sistema dissociado – em plantas e bactérias o ambas contêm dois tipos de -SH (transportadores de intermediários acil graxo • Malonil-ACP, formado a partir de acetil-CoA (para fora da mitocôndria) e CO2 → condensa-se com acetil ligado ao -SH → acetoacetil-ACP + CO2 o redução do D-β-hidroxiacil (desidratação) → trans-∆2-acil-ACP insaturada → butiril-ACP o NADPH é o doador de elétrons (ambas) • Síntese dos ácidos graxos é regulada na etapa de formação de malonil-CoA • Mais seis moléculas de malonil-ACP reagem sucessivamente na extremidade carboxila da cadeia do ácido graxo em crescimento, formando palmitoil-ACP: produto final da reação da ácido graxo-sintase o palmitato livre é liberado por hidrólise • O palmitato pode ser alongado a estearato (18C) Autor: M. Vinícius Souza e S • Palmitato e estearato podem ser dessaturados → palmitoleato e oleato (oxidases de função mista) • Os mamíferos não podem sintetizar linoleato e devem obtê-lo a partir de fontes vegetais o convertem o linoleato exógeno em araquidonato: precursor dos eicosanoides (prostaglandinas, tromboxanos e leucotrienos) – família de moléculas de sinalização muito potentes • A síntese das prostaglandinas e dos tromboxanos é inibida pelos AINE que atuam sobre a atividade de ciclooxigenase da prostaglandina H2-sintase (COX) Biossíntese de triacilgliceróisOs triacilgliceróis e os glicerofosfolipídeos são sintetizados a partir dos mesmos precursores • Animais são capazes de sintetizar e estocar grandes quantidade de triacilgliceróis → combustíveis (posteriormente) • Triacilgliceróis → maior conteúdo energético de todos os nutrientes estocados • Carboidratos em excesso à capacidade de armazenamento de glicogênio → triacilgliceróis (tecido adiposo) Nos tecidos animais • triacilgliceróis e os glicerofosfolipídeos (fosfatidiletanolamina) → acil-CoA graxo e L-glicerol-3-fosfato são precursores • Maioria do glicerol-3-fosfato → derivado do intermediário (glicolítico) di-hidroxiacetona-fosfato (DHAP) – enzima glicerol-3-fosfato-desidrogenase citosólica (ligada ao NAD) • Fígado e rins: glicerol-3-fosfato também produzida a partir do glicerol → glicerol-cinase • acil-CoA graxos também são precursores: enzima acil-CoA-sintetases – ativam os ácidos graxos na β-oxidação Primeira etapa • acilação dos dois grupos hidroxila livres do L-glicerol-3-fosfato (duas moléculas de acil-CoA graxo) → diacilglicerol-3-fosfato/ácido fosfatídico o presente em quantidades muito pequenas nas células o pode ser convertido tanto a triacilglicerol quanto a glicerofosfolipídeo • Na síntese de triacilgliceróis: ácido fosfatídico → hidrolisado – 1,2-diacilglicerol o enzima ácido fosfatídico-fosfatase • diacilgliceróis → convertidos em triacilgliceróis por transesterificação com um terceiro acil-CoA graxo. A biossíntese de triacilgliceróis nos animais é regulada por hormônios • Em humanos a quantidade de gordura corpórea é relativamente constante por longos períodos • Carboidratos, gorduras e proteínas ingeridos em excesso → armazenados na forma de triacilgliceróis • A biossíntese e a degradação dos triacilgliceróis são reguladas de modo que a via favorecida depende das fontes metabólicas e das necessidades a um dado momento • Insulina: promove – carboidrato → triacilgliceróis o diabetes melito grave – falha em sintetizar ácidos graxos a partir de carboidratos e aminoácidos • 75% dos ácidos graxos liberados pela lipólise são reesterificados → triacilgliceróis (não utilizados como combustível) • Parte dessa reciclagem acontece no tecido adiposo (antes da liberação na corrente sanguínea) • Ácidos graxos livre são transportados ao fígado, reciclados em triacilgliceróis e exportados mais uma vez pro sangue (capturados pelo tecido adiposo) Ciclo dos triacilgliceróis • Bastante lento quando outros combustíveis estão disponíveis • [ácidos graxos livres no sangue] → velocidade de liberação dos ácidos graxos e balanço entre a síntese e a degradação dos triacilgliceróis no tecido adiposo e no fígado • A liberação de ácidos graxos do tecido adiposo é estimulada pelos hormônios glucagon e epinefrina Autor: M. Vinícius Souza e S o diminuem a velocidade da glicose e aumentam a velocidade da gliconeogênese no fígado • Ácido graxo liberado é captado pelos tecidos – nos mm. → geração de energia • A maior parte do ácido graxo captado pelo fígado não é oxidada → reciclada a triacilglicerol → retorno ao tecido adiposo • A reciclagem constante dos triacilgliceróis no tecido adiposo acontece mesmo durante o jejum o A glicólise é inibida pela ação do glucagon e da epinefrina → pouco DHAP disponível o glicerol liberado pela lipólise não pode ser convertido em glicerol-3-fosfato no tecido adiposo (não possuem glicerol-cinase) O tecido adiposo gera glicerol-3-fosfato por meio da gliceroneogênese • Versão mais curta da gliconeogênese: parte de piruvato da DHAP → glicerol-3-fosfato (enzima, citosólica, glicerol-3-fosfato-desidrogenase – ligada ao NAD) → síntese de triacilglicerol • No tecido adiposo a gliceroneogênese controla a velocidade de liberação dos ácidos graxos no sangue • No tecido adiposo marrom, pode controlar a velocidade pela qual os ácidos graxos livres são enviados para a mitocôndria para utilização na termogênese • Nos seres humanos (fígado) responde pela síntese de glicerol-3-fosfato suficiente para reesterificação de até 65% dos ácidos graxos em triacilglicerol • O fluxo pelo ciclo do triacilglicerol entre o fígado e o tecido adiposo é controlado em um grau elevado pela atividade da PEP-carboxicinase → limita a velocidade da gliconeogênese e da gliceroneogênese • Glicocorticoides: cortisol – derivado biológico do colesterol – e a dexametasona – sintético – regulam os níveis de PEP-carboxicinase no fígado e no tecido adiposo o atua nos receptores de glicocorticoides o aumentam a expressão do gene que codifica a PEP-carboxicinase no fígado → ↑ gliconeogênese e gliceroneogênese • A estimulação da gliceroneogênese → ↑ síntese triacilglicerol no fígado e liberação na corrente sanguínea • No tecido adiposo: glicocorticoides suprimem a expressão do gene que codifica a PEP-carboxicinase → ↓ gliceroneogênese no tecido adiposo o ↑ da reciclagem dos ácidos graxos → ↑ ácidos graxos livres liberados no sangue • Gliceroneogênese é oposta no fígado e no tecido adiposo o ↓ velocidade da gliceroneogênese no tecido adiposo → ↑ liberação de ácidos graxos (sem reciclagem) o ↑ velocidade no fígado → ↑ síntese e exportação dos triacilgliceróis • Quando os glicocorticoides não estão presentes → fluxos pelo ciclo ↓ - PEP-carboxicinase ↑ no tecido adiposo e ↓ no fígado Resumão – Biossíntese de triacilgliceróis • Os triacilgliceróis são formados pela reação de duas moléculas de acil-CoA graxo om glicerol-3-fosfato → ácido fosfatídico → desfosforilado → diacilglicerol → acilação (+ acil-CoA graxo) → triacilglicerol • A síntese e a degradação dos triacilgliceróis são reguladas por hormônios • A mobilização e a reciclagem das moléculas de triacilglicerol resultam em um ciclo do triacilglicerol o Os triacilgliceróis são sintetizados novamente a partir de ácidos graxos livres e glicerol-3-fosfato (mesmo durante o jejum) • A di-hidroxiacetona-fosfato, precursora do glicerol-3-fosfato, é derivada do piruvato (gliceroneogênese) Biossíntese de fosfolipídeos de membrana Autor: M. Vinícius Souza e S As células dispões de duas estratégias para o acoplamento dos grupos polares dos fosfolipídeos • Primeiras etapas para a síntese dos glicerofosfolipídeos são compartilhadas com a via de síntese dos triacilgliceróis Primeira etapa • 2 acil graxos são esterificados no C-1 e no C-2 do L-glicerol-3-fosfato → ácido fosfatídico • Geralmente o ácido graxo em C-1 é saturado e em C-2 é insaturado • Outro meio de produzir ácido fosfatídico → fosforilação de um diacilglicerol por uma cinase •
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