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ESTUDO DIRIGIDO 3 MÓDULO 2 1 Bioquímica Catabolismo de ácidos graxos 1) Como ocorre a digestão dos lipídios que ingerimos na dieta? Para serem absorvidos através da parede intestinal, os triacilglicerois ingeridos na dieta precisam ser convertidos de partículas gordurosas macroscópicas insolúveis para micelas microscópicas finamente dispersas. Essa conversão é feita principalmente pelos sais biliares, como o ácido taurocólico, que são liberados no duodeno após a ingestão de refeição rica em lipídios e agem como detergentes biológicos convertendo as gorduras alimentares em micelas mistas de sais biliares e triacilglicerois. (Passo ①). A formação de micelas aumenta enormemente a fração de moléculas lipídicas acessíveis à ação das lipases hidrossolúveis no intestino. A ação dessas lipases converte os triacilglicerois em monoacilglicerois, diacilglicerois ácidos graxos livres e glicerol. (Passo ②). ESTUDO DIRIGIDO 3 MÓDULO 2 2 Esses produtos da ação das lipases se difundem para o interior das células epiteliais que recobrem a mucosa intestinal (Passo ③), onde eles são reconvertidos em triacilglicerois e agrupados com o colesterol da dieta e com proteínas específicas, formando agregados lipoproteicos chamados quilomícrons. (Passo ④). As porções proteicas das lipoproteínas são reconhecidas por receptores existentes na superfície celular. Na captação dos lipídios do intestino, os quilomícrons que contém a apolipoproteína C-II (apoC-II) movem-se da mucosa intestinal para o sistema linfático, de onde saem para a corrente sanguínea e são transportados para os músculos e para o tecido adiposo (passo ⑤). Nos capilares desses tecidos, a enzima extracelular lipase lipoproteica é ativada pela apoC-II. Essa enzima hidrolisa os triacilglicerois em ácidos graxos e glicerol (passo ⑥), que são captados pelas células dos tecidos-alvo (passo ⑦). Nos músculos, os ácidos graxos são oxidados para obtenção de energia; no tecido adiposo, eles são reesterificados e armazenados como triacilglicerois (passo ⑧). 2) Qual a importância das lipoproteínas na absorção dos lipídios provenientes da dieta? O colesterol e os ésteres do colesterol, como os triacilglicerois e fosfolipídios, são essencialmente insolúveis em água. A absorção desses lipídios provenientes da dieta ocorre graças a junção com as apolipoproteínas, que dão origem às lipoproteínas. As lipoproteínas são formadas por lipídios essencialmente insolúveis em água no centro e por cadeias laterais proteicas e grupos iônicos lipídicos que são hidrofílicos. As porções proteicas das lipoproteínas, que ficam na porção mais externa, são reconhecidas por receptores existentes na superfície celular, os quais permitem sua absorção. A absorção dos lipídios provenientes da dieta é feita pelos quilomícrons, que são as maiores e menos densas lipoproteínas do corpo humano. ESTUDO DIRIGIDO 3 MÓDULO 2 3 3) O que é uma lipoproteína? As apolipoproteínas são proteínas existentes no sangue, que se ligam aos lipídios e são responsáveis pelo transporte dos triacilglicerois, fosfolipídios, colesterol e ésteres do colesterol entre os vários órgãos. A ligação entre apolipoproteínas e lipídios originam partículas esféricas denominadas lipoproteínas. As lipoproteínas são constituídas por lipídios hidrofóbicos no centro e, na superfície, por cadeias laterais proteicas hidrofílicas e por grupos iônicos dos lipídios. As lipoproteínas se classificam de acordo com a densidade de suas moléculas. Elas podem ser: quilomícrons, VLDL, LDL ou HDL. ESTUDO DIRIGIDO 3 MÓDULO 2 4 4) Quais são as diferenças entre as lipoproteínas? As apolipoproteínas podem combinar-se com vários tipos de lipídios para formar várias classes de lipoproteínas. Essas diferentes combinações entre lipídios e apolipoproteínas produzem lipoproteínas com densidades diferentes, as quais variam desde quilomícrons até lipoproteínas de densidade muito alta (HDL). Cada classe de lipoproteína tem uma função especifica, determinada por seu lugar de síntese, composição lipídica e conteúdo de apolipoproteína. Os quilomícrons são as maiores lipoproteínas e também as menos densas, contendo uma alta proporção de triacilglicerois. Eles são sintetizados no reticulo endoplasmático das células epiteliais que recobrem a superfície interna do intestino delgado e, então, são transportados através do sistema linfático e entram na corrente sanguínea através da veia subclávia. Quando a dieta contem mais ácidos graxos que a quantidade imediatamente necessária como combustível, os ácidos graxos são convertidos em triacilglicerois no fígado e unidos com apolipoproteínas específicas para formar lipoproteínas de muito baixa densidade, as VLDL (very-low-density lipoprotein). A perda excessiva dos triacilglicerois converte algumas VLDL em lipoproteínas de densidade baixa, LDL (low-density lipoprotein). Muito ricas em colesterol e em ésteres do colesterol e contendo apoB-100 como sua principal apolipoproteína, as LDL transportam o colesterol para os tecidos periféricos (outros tecidos que não o fígado), que possuem receptores de superfície específicos que reconhecem a apoB-100. O quarto tipo principal das lipoproteínas, a lipoproteína de alta densidade, HDL (high-density lipoprotein), é sintetizada no fígado e no intestino delgado como pequenas partículas ricas em proteína e contendo relativamente pouco colesterol e nenhum éster de colesterol. Lipoproteína Densidade (g/mL) Composição (% em peso) Proteína Fosfolipídios Colesterol livre Ésteres do colesterol Triacilglicerois Quilomícrons <1.006 2 9 1 3 85 VLDL 0.95-1.006 10 18 7 12 50 LDL 1.006-1.063 23 20 8 37 10 HDL 1.063-1.210 55 24 2 15 4 ESTUDO DIRIGIDO 3 MÓDULO 2 5 5) Descreva como ocorre a mobilização dos ácidos graxos desde a ligação da adrenalina no seu receptor específico até o seu consumo dentro de uma célula muscular. Baixos níveis ou necessidade de glicose no sangue desencadeiam a liberação de hormônios, como adrenalina e insulina, que fazem com que os triacilglicerois armazenados no tecido adiposo sejam mobilizados e transportados para aqueles tecidos nos quais os ácidos graxos podem ser oxidados para a produção de energia. Esses hormônios que sinalizam que o organismo está necessitando de energia metabólica se ligam ao seu receptor na membrana dos adipócitos (①) e ativam a adenilato ciclase (②) que, através de uma proteína G, aumenta a concentração de um segundo mensageiro, o AMP cíclico (cAMP). Por sua vez, uma proteína quinase – dependente de cAMP – fosforila e ativa (③) a lipase de triacilglicerois hormônio-sensível, a qual hidrolisa as ligações ésteres dos triacilglicerois (⑤), tornando-os ácidos graxos. A proteína ESTUDO DIRIGIDO 3 MÓDULO 2 6 quinase dependente de cAMP (PKA) também fosforila as moléculas de perilipina (④) da superfície da gotícula de lipídio. As moléculas de perilipina fosforilada atraem a lipase hormônio-sensível para o interior da gotícula de lipídio, onde ela pode começar a hidrólise dos triacilglicerois em ácidos graxos livres e glicerol. Os ácidos graxos livres passam do interior do adipócito para o sangue (⑥), onde se ligam à proteína albumina ou soroalbumina. Ligados à albumina, que é uma proteína solúvel, os ácidos graxos, que são insolúveis, são transportados na corrente sanguínea até os tecidos onde os eles podem ser oxidados, como o tecido muscular esquelético. Ao chegar no tecido, os ácidos graxos se dissociam da albumina e se difundem para o interior do citosol dos miócitos, através de uma proteína transportadora de ácido graxo (⑦). No miócito, os ácidos graxos são oxidados à CO2 e a energia dessa oxidação é conservada em ATP (⑧), que serve de combustívelpara a contração muscular e outros mecanismos metabólicos requeridos pelo miócito. 6) Como o glicerol é aproveitado como fonte de energia? O glicerol liberado pela ação da lipase hormônio-sensível é fosforilado pela enzima glicerol quinase e resulta em glicerol-3- fosfato, que é oxidado em diidroxiacetona fosfato. A enzima glicolítica triose fosfato isomerase converte esse composto em gliceraldeído-3-fosfato, que é oxidado por meio da via glicolítica. ESTUDO DIRIGIDO 3 MÓDULO 2 7 7) Qual a importância da acil-CoA graxo sintetase? Antes de serem transportados para o interior das mitocôndrias, onde serão oxidados, os ácidos graxos precisam ser ativados. Essa ativação é feita através da conversão do ácido graxo em acil-CoA graxo, em uma reação que envolve dois passos e é catalisada pelas enzimas acil-CoA graxo sintetase e pirofosfatase inorgânica. A formação dos acil-CoA graxos é favorecida pela hidrólise de duas ligações de alta energia do ATP; o pirofosfato formado na reação de ativação é imediatamente hidrolisado por uma segunda enzima, uma pirofosfatase inorgânica, que força a reação de ativação precedente na direção da formação do acil-CoA graxo. ESTUDO DIRIGIDO 3 MÓDULO 2 8 8) Descreva como ocorre a entrada do ácido graxo ativado na mitocôndria. As enzimas responsáveis pela oxidação dos ácidos graxos nas células dos animais estão localizadas na matriz mitocondrial. Porém, os ácidos graxos livres que, provindos do sangue, entram no citosol das células não podem passar diretamente para o interior das mitocôndrias, através de suas membranas, sem sofrerem antes uma série de três reações enzimáticas. A primeira reação é catalisada por uma família de isoenzimas presentes na membrana mitocondrial externa, as acil-CoA sintetases, que promovem a reação geral: Á𝑐𝑖𝑑𝑜 𝑔𝑟𝑎𝑥𝑜 + 𝐶𝑜𝐴 + 𝐴𝑇𝑃 ↔ 𝑎𝑐𝑖𝑙 − 𝐶𝑜𝐴 𝑔𝑟𝑎𝑥𝑜 + 𝐴𝑀𝑃 + 𝑃𝑃𝑖 Os ésteres dos acil-CoA graxos formados na membrana mitocondrial externa não cruzam a membrana mitocondrial interna intacta. Assim, o grupo acil-graxo é transientemente ligado ao grupo hidroxila da carnitina, formando o derivado acil-graxo carnitina. Essa transesterificação é catalisada pela carnitina aciltransferase I, presente na face externa da membrana interna. O éster acil- carnitina graxo cruza a membrana mitocondrial interna e chega a matriz por difusão facilitada por meio do transportador acil-carnitina/carnitina. No terceiro e último passo do processo de entrada, o grupo acil-graxo e transferido enzimaticamente da carnitina para coenzima A intramitocondrial pela carnitina aciltransferase II. Essa isoenzima está localizada na face interna da membrana mitocondrial interna, onde ela regenera o acil-CoA graxo e o libera, juntamente com a carnitina livre, na matriz mitocondrial. A carnitina reentra no espaço entre as membranas mitocondriais interna e externa por meio do transportador acil-carnitina/carnitina. ESTUDO DIRIGIDO 3 MÓDULO 2 9 9) Descreva a β-oxidação do ácido palmítico. O ácido palmítico é um ácido graxo saturado com cadeia de 16 átomos de carbono. A β-oxidação é o primeiro estágio da oxidação mitocondrial dos ácidos graxos. Nela, os ácidos graxos sofrem a remoção oxidativa de sucessivas unidades de dois átomos de carbono na forma de acetil-CoA, começando pela extremidade carboxila da cadeia do ácido graxo. A β-oxidação dos ácidos graxos saturados, como o ácido palmítico, possui quatro passos básicos. No primeiro passo, uma desidrogenação produz uma dupla ligação entre os átomos de carbono α e β (C-2 e C-3), liberando um trans-Δ2-enoil-CoA. Esse primeiro passo é catalisado por três isozimas da acil-CoA desidrogenase. No caso do ácido palmítico, que possui cadeia de 16 átomos de carbono, a isozima que responsável é a desidrogenase de acil-CoA de cadeia longa, ou LCAD (long- chain acyl-CoA dehydrogenase). No segundo passo da sequência de oxidação do ácido graxo, uma molécula de água é adicionada à dupla ligação do trans-Δ2-enoil-CoA para formar o estereoisômero L do β-hidroxiacil-CoA. Essa reação é catalisada pela enoil-CoA hidratase. No terceiro passo, o L-β-hidroxiacil-CoA é desidrogenado para a forma β- cetoacil-CoA pela ação da β-hidroxiacil-CoA desidrogenase; o NAD+ é o receptor de elétrons. O NADH formado nessa reação transfere seus elétrons para a NADH desidrogenase, um transportador de elétrons da cadeia respiratória. O quarto e último passo é catalisado pela acil-CoA acetiltransferase (comumente chamada tiolase); ela promove a reação do β-cetoacil-CoA com uma molécula de coenzima A livre para romper o fragmento carboxiterminal de dois átomos de carbono do ácido graxo original na forma de acetil-CoA. O outro produto e o tioéster de coenzima A e do ácido graxo original, agora diminuído de dois átomos de carbono. No caso do ácido palmítico, que possui cadeia com 16 átomos de carbono, são necessárias sete passagens pela sequência de reações da β-oxidação para oxidar a molécula em oito moléculas de acetil-CoA. A equação global é: 𝑃𝑎𝑙𝑚𝑖𝑡𝑜𝑖𝑙˗𝐶𝑜𝐴 + 7𝐶𝑜𝐴 + 7𝐹𝐴𝐷 + 7𝑁𝐴𝐷+ + 7𝐻2𝑂 → 8 𝑎𝑐𝑒𝑡𝑖𝑙˗𝐶𝑜𝐴 + 7𝐹𝐴𝐷𝐻2 + 7𝑁𝐴𝐷𝐻 + 7𝐻 + ESTUDO DIRIGIDO 3 MÓDULO 2 10 ESTUDO DIRIGIDO 3 MÓDULO 2 11 10) Descreva a β-oxidação do ácido linoleico. A maioria dos ácidos graxos nos triacilglicerois e nos fosfolipídios de animais e vegetais são insaturados, possuindo uma ou mais duplas ligações. Essas ligações estão na configuração cis e não podem sofrer a ação da enoil- CoA hidratase, a enzima que catalisa a adição de H2O na dupla ligação trans do Δ2-enoil-CoA gerado durante a β-oxidação. Entretanto, por meio da ação de duas enzimas auxiliares, a oxidação dos ácidos graxos pela sequência que ocorre com os ácidos graxos saturados pode também quebrar os ácidos graxos insaturados comuns. O ácido linoleico é um ácido graxo com 18 carbonos e duas instaurações em C-9 e C-12. Ele é convertido em linoleoil-CoA, transportado através da membrana mitocondrial como linoleoil-carnitina e, então, convertido novamente em linoleoil-CoA na matriz da mitocôndria. O linoleoil-CoA passa então por três passos do ciclo de oxidação dos ácidos graxos e libera três moléculas de acetil-CoA, além de um éster de coenzima A de um ácido graxo insaturado, com 12 carbonos e uma configuração cis-Δ3, cis-Δ6. Esse intermediário não pode ser empregado pelas enzimas da via de β-oxidação; pois suas duplas ligações possuem configuração cis, e não trans. Entretanto, a ação combinada da enoil-CoA isomerase e da 2,4-dienoil-CoA redutase permite a reentrada desse intermediário na via normal de β-oxidação e a sua degradação em seis moléculas de acetil-CoA. O resultado global é a conversão do linoleato em nove moléculas de acetil-CoA. https://pt.wikipedia.org/wiki/%C3%81cido_graxo ESTUDO DIRIGIDO 3 MÓDULO 2 12 ESTUDO DIRIGIDO 3 MÓDULO 2 13 11) Descreva β-oxidação de um ácido graxo com 17 moléculas de Carbono? Ácidos graxos de cadeia longa e número ímpar de átomos de carbono são oxidados pela mesma via dos ácidos com número par de átomos de carbono, começando sempre na extremidade da cadeia que contém a carboxila. Entretanto, o substrato para o último passo por meio da sequência de β-oxidação é um acil-CoA graxo que tem cinco átomos de carbono. Quando esse ácido é clivado mais uma vez, os produtos são acetil-CoA e propionil-CoA. O acetil-CoA é oxidado pela via do ácido cítrico, mas o propionil-CoA toma uma via enzimática incomum, envolvendo três enzimas. O propionil-CoA é primeiro carboxilado para formar o estereoisômero D do metilmalonil-CoA pela propionil-CoA carboxilase, quecontém o cofator biotina. O D-metilmalonil-CoA assim formado é enzimaticamente epimerizado, formando seu estereoisômero L pela ação da metilmalonil-CoA epimerase. O L- metilmalonil-CoA sofre então um rearranjo intramolecular e forma o succinil-CoA, que pode entrar no ciclo do ácido cítrico. Esse rearranjo é catalisado pela metilmalonil-CoA mutase, que requer a coenzima B12, derivada da vitamina B12 (cobalamina). ESTUDO DIRIGIDO 3 MÓDULO 2 14 12) Quantos ATP’s são formados a partir da oxidação completa do ácido láurico? O ácido láurico, também chamado ácido dodecanoico, é um ácido graxo saturado com fórmula molecular C12H24O2. A oxidação completa dessa substância resulta num saldo de 95 moléculas de ATP. 13) Como ocorre a β-oxidação? A oxidação mitocondrial dos ácidos graxos ocorre em três estágios: β- oxidação, ciclo do ácido cítrico e fosforilação oxidativa. Na β-oxidação, os ácidos graxos sofrem a remoção oxidativa de sucessivas unidades de dois átomos de carbono na forma de acetil-CoA, começando pela extremidade carboxila da cadeia do ácido graxo. A β-oxidação é realizada de acordo com a saturação e o número de átomos de carbono presentes na cadeia dos ácidos graxos. Nos ácidos graxos saturados, a β-oxidação é feita em 4 etapas: (1) desidrogenação; (2) adição de água à dupla ligação formada; (3) oxidação do β-hidroxiacil-CoA à uma cetona, e (4) clivagem tiolítica por meio da coenzima A. Já a oxidação dos ácidos graxos insaturados requer duas reações adicionais, catalisadas por uma isomerase e por uma redutase. A oxidação completa de ácidos graxos de número ímpar requer três reações extras, catalisadas pelas enzimas: propionil-CoA carboxilase, metilmalonil-CoA epimerase e metilmalonil-CoA mutase. É importante ressaltar que, embora nas células animais o principal sítio de oxidação dos ácidos graxos seja a matriz mitocondrial, outros compartimentos – como os peroxissomos – também contêm enzimas capazes de oxidar os ácidos graxos até acetil-CoA, por uma via similar àquela existente na mitocôndria. A diferença entre as vias existentes na mitocôndria e no peroxissomo está no primeiro passo. Nos peroxissomos, a flavoproteína desidrogenase que introduz a dupla ligação passa seus elétrons diretamente para O2, produzindo H2O2. Além disso, nos peroxissomos, a energia liberada no primeiro passo oxidativo da quebra dos ácidos graxos é dissipada na forma de calor. https://pt.wikipedia.org/wiki/Gordura_saturada ESTUDO DIRIGIDO 3 MÓDULO 2 15 14) Como ocorre a regulação da oxidação dos ácidos graxos em um paciente diabético? A produção e a exportação dos corpos cetônicos pelo fígado permitem a oxidação continuada e regulada dos ácidos graxos, mesmo com uma oxidação mínima do acetil-CoA no próprio fígado. Entretanto, o diabetes melito não-tratado leva a uma superprodução de corpos cetônicos, à qual se associam problemas médicos muito sérios. No diabetes não-tratado, a insulina está presente em quantidade insuficiente e os tecidos extra-hepáticos não conseguem captar a glicose do sangue de forma eficiente. Para aumentar o nível da glicose sanguínea, a gliconeogênese no fígado é acelerada, o que também ocorre com a oxidação dos ácidos graxos no fígado e nos músculos, resultando em uma produção de corpos cetônicos em quantidade acima da capacidade de sua oxidação pelos tecidos extra-hepáticos. O aumento de acetoacetato e D-β-hidroxibutirato nos níveis sanguíneos diminui o pH do sangue, provocando uma condição conhecida como acidose. Uma acidose extrema pode provocar o coma e, em não raros casos, a morte. Os corpos cetônicos no sangue e na urina de diabéticos não-tratados podem atingir níveis extraordinariamente altos; essa condição é conhecida como cetose. ESTUDO DIRIGIDO 3 MÓDULO 2 16 15) Como se dá a formação dos corpos cetônicos até a sua utilização como fonte de energia? Durante a oxidação dos ácidos graxos no fígado dos seres humanos, o acetil-CoA formado na β-oxidação pode entrar no ciclo do ácido cítrico, ou pode ser convertido nos chamados “corpos cetônicos” – que são acetona, acetoacetato e D-β-hidroxibutirato –, os quais são exportados para outros tecidos através da circulação sanguínea. Indivíduos bem nutridos produzem corpos cetônicos em quantidades relativamente pequenas. Quando ocorre aumento da concentração do acetil- CoA (jejum ou diabetes não-tratado, por exemplo), a enzima tiolase catalisa a condensação de duas moléculas de acetil-CoA formando o acetoacetil-CoA, o progenitor dos três corpos cetônicos. Então, o acetoacetil-CoA condensa-se com acetil-CoA para formar o β- hidroxi-β-metilglutaril-CoA (HMG-CoA), o qual é quebrado para formar acetoacetato livre e acetil-CoA. O acetoacetato livre recém produzido é reduzido em D-β-hidroxibutirato por meio de uma reação reversível catalisada pela enzima mitocondrial D-p-hidroxibutirato desidrogenase. Nas pessoas saudáveis, a acetona é formada quando o acetoacetato perde um grupo carboxila, e isso ocorre em quantidades extremamente pequenas. O acetoacetato é facilmente descarboxilado; o grupo carboxila pode ser perdido espontaneamente ou pela ação da enzima acetoacetato descarboxilase. Nos tecidos extra-hepáticos, o D-β-hidroxibutirato é oxidado até acetoacetato pela D-β-hidroxibutirato desidrogenase. O acetoacetato é ativado para formar o éster da coenzima A por transferência de CoA do succinil-CoA, em uma reação catalisada pela β-cetoacil-CoA transferase. O acetoacetil-CoA é então clivado pela tiolase para liberar duas moléculas de acetil-CoA que entram no ciclo do ácido cítrico. ESTUDO DIRIGIDO 3 MÓDULO 2 17
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