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Gabriela Marcello Tagliani – 1C 1 Problema 2: Metabolismo dos Lipídeos 1. Definir e classificar os lipídeos (Lehninger) Molécula formada por C, H e O, em proporções bem maiores. São insolúveis em água e solúveis nos solventes orgânicos. Com função de reserva de energia, fonte energética, proteção, isolamento térmico, carreador de vitaminas, precursor de hormônios e constituem as membranas. Sendo visto quimicamente como junção de ácidos graxos com álcool (ésteres de ácidos graxos com álcoois variados). - lipídios simples (ternários): são compostos apenas por átomos de C, H e O, como exemplos o triacilglicerol (3 ácidos graxos [-COOH] e 1 glicerol [-OH] = gordura neutra = armazenamento), óleo vegetal e gordura animal; - lipídios complexos: compostos que além de possuírem C, H, O também podem apresentar N e até P e K, como exemplo fosfolipídeos e glicolipideos; - lipídeos neutros: confere carga neutra a molécula; - lipídios precursores: formados a partir da hidrólise de lipídios simples e complexos. - lipídeos derivados: formados após transformações metabólicas sofridas pelos ácidos graxos, cetônicos, PGA2, esteroides e aldeídos graxos. 2. Descreva a digestão e absorção dos lipídeos (P. Champe) A digestão dos lipídeos se da por completa no intestino delgado, pelo suco pancreático e pela bile, mas essa digestão já se inicia pela boca, apesar de ocorrer em pequenas proporções, visto que 90% dos triglicerídeos são consumindo em nossa dieta. 2.1. Boca e estômago A digestão dos lipídeos começa efetivamente no estômago, pela ativação da lipase lingual, isto porque esta enzima é secretada pela glândula sublingual e esta Gabriela Marcello Tagliani – 1C 2 no estômago, sob pH ácido começa agir em triglicerídeos que contém ácidos graxos de cadeia curta ou media (10 a 12 carbonos). Esses mesmos triglicerídeos sofrem degradação pela lipase gástrica (gastrina). Sabe-se que essas duas enzimas são estáveis em pH ácidos (digestão de neonato = ocorre no estômago, quebrando a gordura do leite). 2.2. Emulsificação dos lipídeos A emulsificação dos lipídeos, pela ação da bile e do peristaltismo intestinal, permite que estes tenham aumentado a sua superfície de contato, pelo fato de formarem gotículas, permitindo melhor ação das enzimas digestivas. Mais especificamente esta ação acontece no duodeno (porção inicial do intestino delgado), os sais biliares, com função de detergente e propriedade anfipáticos, são sintetizados no fígado e armazenados na vesícula biliar, são formados por colesterol, permitindo a interação entre os lipídeos da dieta e a parte aquosa do duodeno, fazendo a estabilização das gotículas, não permitindo que elas se coalesçam, pela formação de micelas (cabeça polar voltada para fora e cauda apolar voltada para dentro). 2.3. Ação das enzimas pancreáticas e sua regulação A ação das lipases converte os triglicideos em monoglicerídeos e diglicerídeos, ácidos graxos livres e glicerol. Assim são esses que fundem para dentro das células epiteliais que revestem a superfície intestinal. Isto só e possível a partir de um controle hormonal, do qual irar regular a secreção das enzimas pancreáticas. Quando o quimo chega do estômago em pH acido, a secretina reconhece, estimula o fígado e pâncreas liberar bicarbonato, neutralizando o pH, fazendo com que agora a lipase pancreática consiga atuar. Posteriormente as células da mucosa intestinal produzem a colecistocinina (CCK) devido a presença de lipídeos, que entram na região do duodeno. A CCK ira atuar sobre a vesícula biliar, estimulando esta secretar a bile, e nas células exócrinas, liberando as enzimas digestivas (lipase pancreática: hidrolisa lipídeos, fosfolipases, hidrolisa fosfolipídeos – é secretada sob a forma inativa e colesterol esterase, quebra ester de colesterol. Gabriela Marcello Tagliani – 1C 3 2.4. Absorção dos lipídeos As micelas mistas formadas a partir da ação da bile, quando chegam próximo ao local de absorção de lipídeos, os enterócitos, localizados na membrada da borda em escova, a parte hidrofílica (cabeça polar) facilita o transporte difundindo para dentro das células epiteliais que revestem a superfície intestinal (a mucosa intestinal). 3. Compreender o mecanismo de transporte e armazenamento dos lipídeos (Lehninger e Champe) Os lipídeos (monoglicerídeos) então absorvidos são reconvertidos em trigliceróis e empacotados com o colesterol a e proteínas específicas em agregados de lipoproteínas chamados quilomícrons, nas células da mucosa intestinal. Os quilomicrons são sintetizados no reticulo endoplasmático dos enterocitos e estes estão envolvidos por uma fina camada de fosfolipídeos, colesterol não esterificado e apolipoproteína, esta serão reconhecidas por receptores nas superfícies celulares. Essa quando contem a apoC-II, passam para o sistema linfático (nas vilosidades do intestino), por exocitose e caem nos capilares, sendo carregados até os músculos e o tecido adiposo. Nos capilares desses tecidos, a lipase lipoproteica, ativada pela apoC-II, hidrolisa os triglicerídeos em ácidos graxos e glicerol, sendo assim absorvidos pelas células nos tecidos-alvo. No músculo, os ácidos graxos são oxidados para obter energia; no tecido adiposo, eles são reesterificados para armazenamento na forma de triglicerídeos. Os quilomicrons remanescentes, sem triglicerídeos, mas ainda contem colesterol e apolipoproteínas (quilomicrons que não foram usados para energia e nem estocados) circulam no sangue e vão para o fígado e por endocitose, mediadas pelos receptores específicos, podem ser oxidados para fornecer energia ou serem precursores para a síntese de corpos cetônicos. Quando se tem em excesso na dieta ácidos graxos, estes são convertidos pelo fígado em triglicerídeos e são transportados pelo sangue até serem armazenados nos adipócitos. Gabriela Marcello Tagliani – 1C 4 4. Explicar síntese lipídica e lipólise (Lehninger) 4.1. Lipólise (β-oxidação – Ciclo de Lynen) A β-oxidação de ácidos graxos de cadeia curta, média e longa ocorre na matriz mitocondrial por meio do qual os ácidos graxos (TAG) são convertidos em acetil-CoA, gerando ATP. Os lipídeos simples são armazenados nos adipócitos, sob a forma de gotícula, da qual em sua superfície é revestida por perlipinas, uma proteína que evita mobilização prematura dos lipídeos. Glucagon e adrenalina, secretados na corrente sanguínea quando à baixo nível de glicose circulante, estimulam a adenilcilase, localizada nas membranas dos adipocitos, que produz AMPc, assim a proteína cinase, dependente desse, mudam a conformação da membrana, abrindo-a para as lipases, onde atuam sobre os tris, dis e monoglicerídeos, liberando àcido graxo e glicerol. • Ácidos graxos liberados dos adipócitos vão para a corrente sanguínea, se ligando a albumina (proteína) para serem transportados (tornam-se solúvel) aos músculos, coração e adrenal. Nesses tecidos os ácidos graxos se dissociam da albumina, e são levados por transportadores da membrana plasmática dentro da célula e assim serem utilizados como combustível. • Glicerol liberado pela ação da lipase são fosforilados pela glicerol-cinase e o glicerol-3-fosfato é oxidado a dihidroxiacetona fosfato, que pode entrar na via glicolítica ou na gliconeogênese, pois a triose-fosfato-isomerase converte em gliceraldeido-3-fosfato. Alternativamente o glicerol fosfato pode ser usado na síntese de triglicerídeos ou de fosfolipídios. 4.1.1. Ácidos graxos entram nas mitocôndrias (preparação) As enzimas de oxidação do ácido graxo se encontram na matriz mitocondrial. Os ácidos que possuírem 12C ou menos, entram na mitocôndria sem ajuda. Já os que possuem 14C ou mais necessitam passar por reações enzimáticas, para então entrar (ciclo da carnitina). 1º - ácidos graxo é catalisada pela acil CoA-sintetase, coma ajuda de ATP, tornando acil-CoA graxo e liberando AMP + PPi; esta reação acontecem em 2 passos, 1º o ácido graxo vira Acil-CoA AMP e na 2º vira o produto final Acil-CoA graxo (composto de alta energia, o pirofosfato formado na reação de ativação é imediatamente Gabriela Marcello Tagliani – 1C 5 hidrolisado pela pirofosfatase inorgânica, que puxa a reação de ativação precedente no sentido da formação de acil-CoA graxo (ésteres) = β-oxidação ; 1ª - β-oxidação de ácidos graxos saturados, simples ligações e com numero par de carbonos (4 passos) Ácidos graxos sofrem oxidação sucessiva com a retirada de 2C, gerando acetil-CoA, iniciando pela carboxílica da cadeia acil-graxo, no final, os 2 últimos C permanece como acetil-CoA. A formação de cada acetil-CoA requer a remoção de 4H+ e 2 pares de e-, da porção acil-graxo pelas desidrogenases. I – acil CoA graxo é catalisado pela a acil-CoA-desidrogenase, (existem 3 isoenzima, cada uma atuará em uma serie especifica de comprimento da cadeia: VLCAD – 12 `18C, MCAD – 4 à 14C e SCAD – 4 à 8C), que depende do FAD para oxidação, assim o e- retirado do acil-CoA, são transferido ao FAD, formando FADH2, e a redução da desidrogenase doa seus e- para um transportador de e- da cadeia respiratória, a flavoproteina de transferência de elétron (ETF), gerando o comporto trans-Δ2-enoil-CoA (formação de dupla ligação entre C α e β = ao lado do acido carboxílico) de cerca de 1,5 moléculas de ATP por par de elétrons. II - trans-Δ2-enoil-CoA sofre uma hidratação na dupla ligação, formando o esterisômero L-β-hidroxiacil-CoA, catalisada pela enoil-CoA hidratase III – L-β-hidroxiacil-CoA é desidrogenada, formando a β-cetoacil-CoA, pela ação da β-hidroxiacil-CoA desidrogenase (especifica para o estereisômero), o NAD é o aceptor de elétrons, gerando o NADH + H+, então o NADH doa seus e- para NADH- desidrogenase, um transportador de elétrons da cadeia respiratória, e ATP é formado a partir de ADP à medida que os elétrons passam para o O2. IV - β-cetoacil-CoA é catalisada pela acil-CoA-acetiltransferase (tiolase), esta ira reagir com uma molécula de CoA livre, separando 2C da extremidade da carboxila, formando a acetil-CoA, que ira para o ciclo de Krebs. Saldo = 4 moléculas de ATP são formadas para cada unidade de 2C removida em uma passagem pela sequência. 2º - Acil-CoA graxo formados no citosol celular agora podem levados para dentro da mitocôndria e oxidados para produzir ATP, assim devem ser ligados ao grupo Gabriela Marcello Tagliani – 1C 6 hidroxil da carnitina, pela carnitina acil-transferase I (membrana externa), formando o acil-graxo-carnitina, passando assim para o espaço intermembrana pelos poros; 3º - Acil-graxo-carnitina entra na matriz mitocondrial, por difusão facilitada, atrás do transportador acil-carnitina/carnitina (membrana interna). A carnitina-aciltransferase II converte o acil-graxo-carnitina em acil-CoA e carnitina na matriz mitocondrial, esta última retorna ao espaço intermembrana pelo transportador acil-carnitina/carnitina. A β-oxidação para ácidos graxos insaturados (pelo menos 1 dupla ligação na molécula), apresenta 2 reações a mais. Uma vez que esta duplca ligação, esta na forma cis e a enoil-CoA hidratase não consegue reagir, pois age apenas em ligação trans. Então com as ações de uma isomerase e de uma redutase, é possível prosseguir. Δ3, Δ2-enoil-CoA-isomerase isomeriza a cis- Δ3-enoil-CoA a trans- Δ2- enoil-CoA. A redutase é necessária em caso de ácidos graxos poli-insaturados, visto que suas duplas ligações estão em locais errados, para isto a 2,4-dienoil-CoA- redutase, auxilia esta mudança. Para ácidos graxos de número impar de C (plantas e animais marinhos), requer 3 reações extras. Proprionato (3 carbonos) adicionados para a inibição do mofo em paes e cerais. O ser humano metaboliza e forma 2 compostos, o acil-CoA e um acido graxo de 5C, do qual são oxidados e clivados, formando acetil-CoA e propionil-CoA. Este último, entra em uma via, que contem 3 enzimas. A propionil-CoA é primeiro carboxilada para formar o estereoisômero D- metilmalonil-CoA, pela propionil-CoA-carboxilase, que contém biotina como cofator, e um ATP é utilizado e transformado a ADP + Pi. A D-metilmalonil-CoA assim formada é enzimaticamente epimerizada ao seu estereoisômero L pela metilmalonil- CoA-epimerase. A L-metilmalonil-CoA então sofre um rearranjo intramolecular para formar succinil-CoA, que pode entrar no ciclo do ácido cítrico. Esse rearranjo é catalisado pela metilmalonil-CoA-mutase, que requer como coenzima B12 (derivada da vitamina B12: cobalamina). 4.2. Síntese de ácidos graxos Uma grande proporção de ácidos graxos usados pelo organismo é suprida pela dieta. Quando consumidas em excessos, carboidratos, proteínas e outras moléculas, devem ser convertidos em ácidos graxos, que são armazenados como Gabriela Marcello Tagliani – 1C 7 trigliceróis. Essa síntese ocorre principalmente no fígado e menor extensão nos adipócitos ou em glândulas mamárias em lactação. O processo incorpora carbonos a partir da acetil-CoA na cadeia de ácido graxo em crescimento, usando ATP e NADPH reduzido. A síntese ocorre no citosol, visto que pela alta demanda da dieta, a ao aumento de ATP e NADH, fazendo que paralise o ciclo de Krebs, pois a citrato- desidrogenase é inibida, aumentando assim o citrato e isso-citrato, assim o citrato sai da mitocôndria, pela bomba ATP-citrato-liase, para realizar a lipogênese. Quando esse citrato sai, no citosol ele é clivado, e oxaloacetato e acetil-CoA, utilizando ATP O oxaloacetato é convertido em malato, pela malato-desidrogenase e a oxidação de NADH, em NAD+, então o malato pode regenerar o piruvato, pela enzima málica e gera o substrato NADPH necessário para síntese de ácido graxo. 2ª etapa: acetil-CoA sofre carboxilação para formar o malonil-CoA pela acetil-CoA- carboxilase (fator limitante), que depende de ions bicarbonato, biotina e ATP. São necessários 3 substratos para a síntese de acido graxo, a acetil-CoA, malonil-CoA e NADPH (proveniente de 2 vias, da enzima málica e das vias das pentoses), este serão direcionados para a enzima acido-graxo-sintase (FAS). Acetil-CoA começa a síntese, o malonil-Coa servira de alongamento para a cadeia, isto só é possível pois o NADPH é o agente redutor A FAZ, é um dímero, com 7 sitios ativos: 1º sitio é ACP (aceptor) recebe o 1º acetil-CoA e os outros malonil-CoA adicionados (local de clivagem), acido graxo fica ligado com ligação ao enxofre (S); 2º sitio é a ACP-transferase (transfere os carbonos do sitio 1 para o sitio 3); 3º sitio ativo é resido da cisteina, que também possui enxofre para ligar aos C; 4º sitio é hidratase e 5º sitio é desidratase são sítios intermediários. 6º e 7º sítios redutor de NADPH Acetil-CoA é adicionado ao sitio ACP, devendo tirar o CoA, fazendo a ligação de 2 carbonos com o S, a ACP-transferase transfere o acetil para a cisteina, liberando o sitio ACP, para o malonil-CoA que será adicionado, liberando o CoA, para realizar a ligação com o S, novamente a ACP-transferase transfere o grupo acetil ao malonil, assim ocorre a liberação de CO2, e a condensação dessas duas moléculas. Os carbonos ainda ligados ao acetil serão reduzidos pelo NADPH, proveniente dos sítios 6º e 7º, onde ele ira fornecer H, liberando H2O, e quebrando a Gabriela Marcello Tagliani – 1C 8 ligação dupla, a molécula formada sobe para a cisteina e o processo se repete até o final do acido graxo, no caso do palmitato até 16C. Cada ciclo proveniente gera 4 carbonos, para formação de ácidos graxos ou triglicerídeos, ocorre o processo alongação da cadeia, ou ate mesmo passando pelo processo de instauração para formar ácidos graxos insaturados, adição de ligações duplas. A proteína transportadora de grupos acila (ACP) é o transportador que mantém o sistema unido. A ACP contendo o grupoprostético 4’-fosfopanteteína que atua como um braço flexível, segurando a cadeia acila do ácido graxo. Primeiramente, o grupo acetila da acetil-CoA é transferido para a ACP, catalisada pela malonil/acetil-CoA-ACP-transferase. O grupo acetila é, então, transferido para o grupo ¬SH da Cys da b-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 malonil/acetil-CoA-ACP-transferase. 1ª etapa: condensação do acetil ao malonil, formando a acetoacetil-ACP, com a redução de CO2, proveniente do bicarbonato do malonil-CoA; 2ª etapa: redução da carbonila do acetoacetil-ACP, formando D-β-hidroxibutiril-ACP, catalisada pela β -cetoacil-ACP-redutase (KR) juntamente com o e- doado do NADPH 3ª etapa: desidratação, pois os elementos da H2O são agora removidos dos carbonos D- β -hidroxibutiril-ACP, formando uma ligação dupla no produto, trans-Δ2- butenoil-ACP, catalisada pela β-hidroxiacil-ACP-desidratase (DH). 4ª etapa: redução da ligação formando butiril-ACP pela ação da enzima enoil-ACP- redutase (ER); mais uma vez, NADPH é o doador de elétrons. 4.3. Síntese de triacilglicerídeos São sintetizados a partir do acil-CoA, sendo derivados de ácido graxo e glicerol-3-P, ocorrendo no fígado e no tecido adiposo, neste ultimo ocorre a síntese e armazenamento dos triacilglicerídeos, sendo uma via alternativa para a obtenção de gicerol-3-P, pelo processo de carboxilação (introdução de C, a partir do acil-CoA). I) glicose ao chegar à ultima etapa da glicólise, da origem a dois compostos, o gliceraldeido-3-P e dihidroxiacetona-P, este ultimo ira se converter em glicerol-3-P, pela ação de glicerol-3-P desidrogenase, com o auxilio de NADH, tornando NAD+ Gabriela Marcello Tagliani – 1C 9 II) Glicerol-3-P sob ação da glicerol-3-P-acil transferase e a introdução de um acil CoA, formará monoacilglicerol-3-P e libera o HS-CoA; III) Monoacilglicerol-3-P forma diacilglicerol-3-P, pela ação da lisofosfatidato acil transferase, com o auxilio do acil-CoA, liberando o CoA; IV) Diacilglicerol-3-P sofrerá outra carboxilação, com a introdução do grupo acil, da acil-CoA, com o auxilio da enzima diacilglicerol acil transferase, formando o produto final triglicerol. 4.4. Via das Pentoses-Fostato É uma via alternativa de oxidação da glicose-6-fosfato, sem a geração de ATP, mas com produção de NADPH, que podem ser utilizados na lipogênese de ácidos graxos e de pentose fosfato, que participam da síntese de ácidos nucleicos. Esta via é composta por 2 duas fases: a oxidativa e não oxidativa. 4.4.1. Fase oxidativa (irreversível) A glicose-6-fosfato-desidrogenase (G6PD) converte a glicoses-6-P irreversivelmente à 6-fosfogliconolactona, utilizando o NADP+ como aceptor de e- gerando NADPH. Então 6-fosfogliconolactona sofre oxidação e descarboxilação pela 6-fosfogliconato- desidrogenase formando ribulose-5-P, formando mais um NADPH. A fosfopentose-isomerase (serve como regulação da gliconeogênese) converte a ribulose-5-P ao seu isômero aldose, ribose-5-P, recursos para a síntese de nucleotídeos. 4.4.2. Fase não oxidativa (reversível) Esta fase é marcada, pois ocorre a reciclagem de ribose-5-P a glicose-6-P. Primeiramente ela é epimerizada a xilulose-5-P, pela ribulose-5-fosfato epimerase. A seguir, em uma série de rearranjos dos esqueletos de C, 6 moléculas de açúcar- fosfato de 5C são convertidas a 5 moléculas de açúcar-fosfato com 6C, completando o ciclo e permitindo a oxidação contínua de glicose-6-fosfato com a produção de NADPH epimerase. Estas pentoses-5-P são recicladas mediante a atividade de transcetolases (catalisa a transferência de um fragmento de 2C de uma cetose doadora a uma aldose aceptora) e transaldolases (catalisa uma reação semelhante Gabriela Marcello Tagliani – 1C 10 à reação da aldolase na glicólise) , regenerando glicoses 6-P, que podem seguir novamente a fase oxidativa, permitindo a formação contínua de NADPH. 5. Relacional LDL, HDL, colesterol total e triglicérides. (Influência da dieta na concentração sérica de triglicerídeos – artigo; Champe) Os principais lipídeos do plasma humano são colesterol, ésteres do colesteril, triglicerídeos, fosfolipídios e ácidos graxos não-esterificados. Sendo assim são transportados na forma de lipoproteínas, uma vez que eles são insolúveis em água, sendo divididos conforme sua densidade, em cinco classes: quilomícrons, lipoproteínas de densidade muito baixa (VLDL), lipoproteínas de baixa densidade (LDL), lipoproteínas de densidade intermediária (IDL) e lipoproteínas de alta densidade (HDL). - Colesterol total: é a soma de todos os tipos de colesterol presente no sangue (VLDL, IDL, LDL E HDL), em exames laboratoriais são utilizados somente HDL + LDL, devendo estar >200mg/dL, este exame deve ser analisado em separado as suas outras frações, uma vez que sozinho não seria parâmetro (*colesterol total alto: HDL está elevado = quadro clínico não é ruim, mas se o LDL estiver alto, eleva o colesterol total = a situação se torna preocupante) - LDL (lipoproteínas de baixa densidade): também chamado de "mau colesterol", contém muito colesterol em sua composição (50%), este transporta o colesterol do fígado até às células dos tecidos e favorece o seu acúmulo nas paredes internas das artérias, diminuindo o fluxo do sangue, pela agregação dessas, podendo gerar aterosclerose (pela síntese do VLDL), apoproteinas presente em sua composição Apo B-100 e Apo-E - HDL (lipoproteínas de alta densidade): também conhecido como “bom colesterol”, contém em sua maioria proteínas (40%) e pouco colesterol (25%), ele é capaz reduzir o colesterol da circulação (pela biossíntese da hidrolise dos quilomicrons), apoproteinas presente em sua composição Apo C-II e Apo-E - Triglicerídes: o consumo de carboidratos e gorduras gera triglicérideos que serão utilizados como fontes de energia ou serão armazenados nos adipócitos, mas como alta ingestão calórica e sem queima desses, o organismo não consegue metabolizar e estes permaneceram no sangue (triglicérides elevado), podendo aumentar o risco de uma doença cardíaca e outros problemas de saúde. Gabriela Marcello Tagliani – 1C 11 Os coleterois e triglicerídeos são formados no fígado e vão para o tecido adiposo para serem armazenados, nesse caminho, as moléculas precursoras do VLDL vão capturando os triglicerídeos que encontram na corrente sanguínea, dos quais vão alterando suas composições, aumentando a quantidade de colesterol presente e diminuindo a parte de proteínas. 6. Compreender o mecanismo de ação do Xenical (Bula Orlistate Anvisa) O orlistate é um inibidor especifico da lipase gástrica (enzima que realiza quebra de lipídeos em ácidos graxos), sendo reversível, mas de longa duração. Atua no lúmen do estômago e do intestino delgado, ligando covalentemente a porção serina do sitio ativo das lipases, assim o medicamento não precisa de absorção sistêmica para agir. Com a lipase inativa, não e capaz de hidrolisar a gordura alimentar. Cerca de 30% da gordura dos alimentos ingeridos é eliminada nas fezes. Visto que os triglicérides não digeridos não são absorvidos, o déficit calórico resultante promove a redução de peso. Com base na dosagem da gordura fecal, o efeito de orlistate pode ser verificado em 24 a 48 horas após sua administração. Ao descontinuar o tratamento, o conteúdo de gordura nas fezes retorna aos níveis de pré-tratamento em 48 a 72 horas.
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