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INTRODUÇÃO Os lipídeos biológicos são um grupo de compostos quimicamente diversos, cuja característica em comum que os define é a insolubilidade em água. Desse modo, são altamente solúveis em solventes orgânicos ou apolares como o éter ou a acetona (substâncias lipofílicas). Muitos lipídeos são compostos anfipáticos (ou anfifílicos), ou seja, apresentam na molécula uma porção polar, hidrofílica, e uma porção apolar, hidrofóbica. PRINCIPAIS FUNÇÕES Armazenamento de energia Composição de membranas biológicas Isolamento térmico, elétrico e mecânico Moléculas mensageiras (hormônios e vitaminas) CLASSIFICAÇÃO São classificados como lipídeos simples e complexos: 1. Lipídeos simples incluem gorduras e as ceras que são ésteres de ácidos graxos com diversos álcoois: a. Gorduras: ésteres de ácidos graxos com glicerol. Os óleos são gorduras em estado líquido. b. Ceras: ésteres de ácidos graxos com álcoois monoídricos com peso molecular mais elevado. São impermeabilizantes. 2. Lipídeos complexos são ésteres de ácidos graxos contendo grupamentos além de um álcool, um ou mais ácidos graxos. Eles podem ser divididos em 3 grupos: a. Fosfolipídeos: Os lipídeos que contêm, além dos ácidos graxos e um álcool, um resíduo de ácido fosfórico. Frequentemente, eles possuem bases contendo nitrogênio (p.ex., colina) e outros substituintes. Em muitos fosfolipídeos, o álcool é o glicerol (glicerofosfolipídeos), mas nos esfingofosfolipídeos, é a esfingosina, a qual contém um grupamento amino. b. Glicolipídeos (glicosfingolipídeos): lipídeos contendo um ácido graxo, esfingosina e carboidrato. c. Outros lipídeos complexos: lipídeos como sulfolipídeos e aminolipídeos. As lipoproteínas também podem ser classificadas nessa categoria. 3. Lipídeos precursores e derivados: incluem ácidos graxos, glicerol, esteroides, outros álcoois, aldeídos graxos, corpos cetônicos, hidrocarbonetos, vitaminas lipossolúveis e micronutrientes e hormônios. Ps.: Como não possuem carga elétrica, acilgliceróis (glicerídeos), colesterol e ésteres de colesterol são denominados lipídeos neutros. LIPÍDEOS DE ARMAZENAMENTO As gorduras e os óleos utilizados de modo quase universal como formas de armazenamento de energia nos organismos vivos são derivados de ácidos graxos. Dois tipos de compostos que contêm ácidos graxos são os triacilgliceróis e as ceras. Ps.: Os ácidos graxos são derivados de hidrocarbonetos, com estado de oxidação quase tão baixo (ou seja, altamente reduzido) quanto os hidrocarbonetos nos combustíveis fósseis. A oxidação celular de ácidos graxos (a CO2 e H2O), assim como a combustão controlada e rápida de combustíveis fósseis em motores de combustão interna, é altamente exergônica. ÁCIDOS GRAXOS Os ácidos graxos são ácidos carboxílicos com cadeias hidrocarbonadas de comprimento variando de 4 a 36 carbonos (C4 a C36). O grupo carboxila (- COOH) constitui a parte polar e a cadeia carbônica constitui a parte apolar, logo, são moléculas anfipáticas. Sua fórmula geral é RCOOH (onde o R representa a cadeia de hidrocarboneto). Ácidos graxos livres são poucos encontrados nos organismos: mais frequentemente estão ligados a um álcool (ex.: glicerol, esfingosina.) Ps.: Uma nomenclatura simplificada para ácidos graxos não ramificados especifica o comprimento da cadeia e o número de ligações duplas, separados por dois pontos; por exemplo, o ácido palmítico, saturado e com 16 carbonos, é abreviado 16:0, e o ácido oleico, com 18 carbonos e uma ligação dupla, é 18:1. A posição de qualquer ligação dupla é especificada em relação ao carbono carboxílico, o qual recebe o número 1, pelos números sobrescritos ao ∆ (delta); um ácido graxo com 20 carbonos e uma ligação dupla entre C- 9 e C-10 (sendo C-1 o carbono da carboxila) e outra entre C-12 e C-13 é designado 20:2 (∆9,12). Os ácidos graxos de ocorrência mais comum apresentam um número par de átomos de carbono em uma cadeia não ramificada de 12 a 24 carbonos. O número par de carbonos resulta do modo como esses compostos são sintetizados, o que envolve condensações sucessivas de unidades de dois carbonos (acetato). SATURAÇÃO DE A.G. Saturados: ausência de ligações duplas entre dois carbonos na cauda de hidrocarbonetos; são encontrados principalmente em produtos de origem animal, como carne bovina, de carneiro, de porco e de galinha, além da gema de ovo e nas gorduras lácteas do creme, do leite, da manteiga e do queijo. ◊ Estrutura: CnH2nO2 Monoinsaturados: Presença de apenas uma ligação dupla entre carbonos; a dupla ligação provoca um arranjo diferente dos elétrons dos carbonos, de forma que a organização espacial da molécula é alterada e apresenta uma “dobra”; encontrados em óleos de oliva e de amendoim, nozes, amêndoas e abacate. ◊ Estrutura: CnH2n-2O2 Poli-insaturados: Presença de mais de uma ligação dupla entre carbonos; encontrados nos óleos de sementes vegetais como o óleo de açafrão, de girassol, de soja e de milho. Mais importantes: Ácido linolênico é o Ômega 3 e o Linoleico é o Ômega 6. São principais ácidos graxos obtidos pela alimentação, porque não produzimos em grande quantidade. ◊ Estrutura: CnH2n-2O2 NOMENCLATURA O nome sistemático do ácido graxo é derivado do nome do hidrocarboneto correspondente, pela inclusão do sufixo -óico no final do nome. Ex.: Ácido graxo com 18 carbonos: Ácido octadecanóico, pois deriva do hidrocarboneto octadecano. Um ácido graxo de 18 carbonos com uma dupla ligação é o ácido octadecenóico; com duas duplas ligações, ácido octadecadienóico; e com três duplas ligações, ácido octadetrienóico. Quando o ácido graxo apresenta insaturação, sua abreviação é feita indicando o número de carbonos e o número de ligações duplas, separados por dois pontos (:), seguidos pelo carbono em que a instauração ocorre. Desse modo, o símbolo 18:0 denota um ácido graxo de 18 carbonos saturado (sem ligações duplas), enquanto 18:2 significa que existem duas ligações duplas na cadeia. A posição da dupla ligação é representada pelo símbolo Δ (delta) seguido por um ou mais número em sobrescrito. Por exemplo, cis - Δ9 significa que existe uma dupla ligação CIS entre os carbonos 9 e 10; trans - Δ2 indica uma dupla ligação trans entre os carbonos 2 e 3. Portanto, o ácido palmitoleico, composto por 16 carbonos e uma ligação dupla entre os carbonos 9 e 10, apresenta como nome sistemático cis – 9 – Hexadecenóico e como abreviação 16:1Δ9. PROPRIEDADES As propriedades dos ácidos graxos são determinadas em grande parte pelo comprimento e pelo grau de instauração da cadeia hidrocarbonada. Baixa solubilidade em água: quanto mais longa a cadeia e quanto menos insaturações, menor é a solubilidade em água. Ponto de fusão: quanto mais insaturações e quanto mais curta a cadeia, menor é o ponto de fusão. Estado físico: Os ácidos graxos com menores pontos de fusão tendem a estar líquidos e, aqueles com pontos de fusão mais elevados, tendem a estar sólidos. TRIACILGLICERÓIS São as principais formas de armazenamento de ácidos graxos. São ésteres de glicerol álcool tri-hídrico e ácidos graxos (Figura 21-8). Mono e diacilgliceróis, em que um ou dois ácidos graxos estão esterificados (reação que ocorre com um ácido carboxílico e um álcool formando um éster e água) com o glicerol, também soa encontrados nos tecidos. São os mais simples compostos de ácidos graxos, também chamado de triglicerídeos, gorduras ou gorduras neutras. São compostos por 3 ácidos graxos, cada um em ligação éster com uma molécula de glicerol. OBS.: Uma ligação éster é aquela que liga o oxigênio de um ácido carboxílico a um outroradical (R) CLASSIFICAÇÃO Simples: Ácidos graxos do mesmo tipo Misto: Dois ou três tipos diferentes de ácidos graxos. Para numerar os átomos de carbono do glicerol de forma inequívoca, utiliza-se o sistema -sn (numeração estereoquímica). É importante reconhecer que os carbonos 1 e 3 do glicerol não são idênticos quando visualizados em três dimensões (demonstrado como uma fórmula de projeção na Figura 21-9). As enzimas são facilmente distinguíveis entre elas e são quase sempre específicas para um ou outro carbono; por exemplo, glicerol é sempre fosforilado em sn-3 pela glicerol-cinase, formando glicerol-3-fosfato, e não glicerol-1-fosfato. FOSFOLIPÍDEOS São os principais constituintes lipídicos das membranas. Muitos fosfolipídeos são derivados do ácido fosfatídico, em que o fosfato é esterificado com um grupo OH do glicerol e os outros dois grupos OH do glicerol são esterificados com dois ácidos graxos de cadeia longa (glicerofosfolipídeos). O ácido fosfatídico é importante como intermediário na síntese de triacilgliceróis, assim como dos fosfogliceróis, mas não é encontrado em grande quantidade nos tecidos. Esfingolipídeos como a esfingomielina, em que o fosfato é esterificado com esfingosina, um aminoálcool complexo, também são componentes importantes das membranas. Glicerofosfolipídeos e esfingolipídeos possuem duas caudas de hidrocarbonetos de cadeia longa importantes para sua função na formação da bicamada lipídica nas membranas celulares, porém, no primeiro lipídeo, ambos são cadeias de ácidos graxos, ao passo que, no último, um é ácido graxo e o segundo é parte da molécula de esfingosina. GLICOLIPÍDEOS OU GLICOESFINGOLIPÍDEOS São importantes em tecidos nervosos e na membrana celular. Os glicolipídeos são lipídeos com um carboidrato (ou cadeia de carboidratos) acoplado. Um carboidrato (ou uma cadeia de carboidratos) acoplado. Os glicolipídeos estão amplamente distribuídos em qualquer tecido do organismo, sobretudo em tecido nervoso, como o encéfalo. Eles ocorrem particularmente na camada externa da membrana plasmática, onde formam os carboidratos de superfície celular que constituem o glicocálice. Os principais glicolipídeos encontrados nos tecidos animais são os glicosfingolipídeos. Eles contêm ceramida e um ou mais açúcares. A galactosilceramida é um glicosfingolipídeo majoritário no encéfalo e em outros tecidos nervosos, encontrada em quantidades relativamente baixas em outras partes. Ela contém inúmeros ácidos graxos C24 característicos, como o ácido cerebrônico. A galactosilceramida pode ser convertida em sulfogalactosilceramida (sulfatídeo), que possui um grupamento sulfato acoplado ao O na posição três da galactose e está presente em grandes quantidades na mielina. A glicosilceramida é semelhante à galactosilceramida, mas o grupo cabeça polar é a glicose, em vez da galactose. A glicosilceramida é o glicosfingolipídeo simples predominante nos tecidos extraneurais, e também ocorre no encéfalo em pequenas quantidades. Os gangliosídeos são glicoesfingolipídeos complexos derivados da glicosilceramida, que também contêm uma ou mais moléculas de um ácido siálico. O ácido neuramínico é o principal ácido siálico encontrado nos tecidos humanos. Os gangliosídeos também estão presentes nos tecidos nervosos em concentrações elevadas. Eles atuam no reconhecimento e comunicação célula célula e como receptores para hormônios e toxinas bacterianas, como a toxina colérica. O gangliosídeo mais simples encontrado nos tecidos é o GM3, o qual contém ceramida, uma molécula de glicose, uma molécula de galactose e uma molécula de NeuAc. Na nomenclatura abreviada utilizada, G representa gangliosídeo; M é uma espécie contendo monossialo; e o subscrito 3 é um número designado com base na migração cromatográfica. ESTEROIDES Embora o colesterol seja, provavelmente, mais bem conhecido por sua associação com aterosclerose e doenças cardíacas, ele tem numerosas funções essenciais no corpo. Ele é o precursor de um grande número de esteroides igualmente importantes que incluem ácidos biliares, hormônios corticossuprarrenais, hormônios sexuais, vitamina D e glicosídeos cardíacos. Todos os esteroides apresentam um núcleo cíclico similar, assemelhando- se ao fenantreno (anéis A, B e C), ao qual se liga um anel de ciclopentano (D). As posições dos carbonos no núcleo esteroide são numeradas conforme mostrado na Figura 21-17. É importante imaginar que, nas fórmulas estruturais dos esteroides, um anel hexagonal simples indica um anel de seis carbonos totalmente saturado com todas as valências satisfeitas pelas pontes de hidrogênio, salvo demonstração contrária; isto é, ele não é um anel benzênico. Todas as ligações duplas são mostradas dessa forma. As cadeias laterais de grupamentos metil são evidenciadas como ligações simples não acopladas na extremidade oposta (metil). Em geral, essas cadeias ocorrem nas posições 10 e 13 (constituindo os átomos de C 19 e 18). Uma cadeia lateral na posição 17 é comum (como no colesterol). Quando o composto possui um ou mais grupamentos hidroxil e nenhum grupamento carbonila ou carboxila, é um esterol, e seu nome termina em -ol. São quatro anéis de cadeias carbônicas unidos, a partir do isopreno. Cada um dos anéis de seis carbonos do núcleo esteroide é capaz de existir na conformação tridimensional tanto de uma “cadeira” quanto de um “barco” (Figura 21-18). Nos esteroides de ocorrência natural, quase todos os anéis estão na forma de “cadeira”, a qual constitui a conformação mais estável. Em relação um ao outro, os anéis podem ser cis ou trans (Figura 21-19). A junção entre os anéis A e B pode ser cis ou trans nos esteroides de ocorrência natural. A junção entre B e C é trans, assim como frequentemente acontece na junção C/D. As ligações que fixam os grupamentos substitutos acima do plano dos anéis (ligações b) são mostradas como linhas sólidas em negrito, ao passo que as ligações que prendem os grupamentos abaixo (ligações a) são indicadas por linhas tracejadas. O anel A de um esteroide 5a sempre é trans para o anel B, enquanto é cis em um esteroide 5b. Os grupamentos metil ligados a C10 e C13 estão invariavelmente na configuração b. COLESTEROL O colesterol (Figura 21-20) está amplamente distribuído em todas as células do organismo, mas principalmente no tecido nervoso. Ele é um constituinte majoritário da membrana plasmática e das lipoproteínas plasmáticas. Com frequência, é encontrado como éster de colesteril, onde o grupamento hidroxil na posição 3 é esterificado por um ácido graxo de cadeia longa. Ele ocorre em animais, mas não em vegetais ou em bactérias. ERGOSTEROL O ergosterol ocorre em plantas e leveduras (fungos) e é importante como fonte dietética de vitamina D (Figura 21-21). Quando irradiado com luz ultravioleta na pele, o anel B é aberto para formar vitamina D2 em um processo semelhante ao que forma a vitamina D3 a partir de 7- desidrocolesterol na pele. POLIPRENOIDES Embora não sejam esteroides, os poliprenoides estão relacionados porque são sintetizados, como o colesterol, a partir de unidades de isopreno de cinco carbonos (Figura 21-22). Eles compreendem a ubiquinona, que participa da cadeia respiratória na mitocôndria, e o álcool de cadeia longa dolicol (Figura 21-23), que participa da síntese de glicoproteínas ao transferir resíduos de carboidratos para resíduos de asparagina no polipeptídeo. Poliprenoides derivados de vegetais incluem a borracha, a cânfora, as vitaminas lipossolúveis A, D, E e K e o b-caroteno (provitamina A). DIGESTÃO DE LIPÍDEOS Quase todas as gorduras da dieta consistemem triglicerídeos (gorduras neutras) formados por três moléculas de ácidos graxos condensadas com uma só molécula de glicerol. Durante a condensação, três moléculas de água são removidas. A hidrólise (digestão) dos triglicerídeos consiste no processo inverso: as enzimas digestivas de gorduras reinserem três moléculas de água na molécula de triglicerídeo e, assim, separam as moléculas de ácido graxo do glicerol. GORDURAS NA DIETA As gorduras mais abundantes da dieta são as gorduras neutras, também conhecidas como triglicerídeos; estes são formados por glicerol esterificado com três moléculas de ácidos graxos. A gordura neutra é um dos principais constituintes dos alimentos de origem animal, mas muito mais rara nos alimentos de origem vegetal. Na dieta usual existem também quantidades pequenas de fosfolipídios, colesterol e ésteres de colesterol. Os fosfolipídios e os ésteres de colesterol contêm ácidos graxos e, portanto, podem ser considerados gorduras. O colesterol, no entanto, é um composto esterol que não contém ácido graxo, mas exibe algumas das características químicas e físicas das gorduras; além disso, é derivado das gorduras e metabolizado como elas. Portanto, o colesterol é considerado, do ponto de vista dietético, gordura. A DIGESTÃO DE GORDURAS OCORRE PRINCIPALMENTE NO I.D. O início da digestão de lipídeos da alimentação não começa na boca efetivamente. Embora, nenhuma hidrólise de triglicérides ocorra na boca, os lipídeos estimulam a secreção da lipase das glândulas serosas na base da língua (por isso se chama lipase lingual), mas como não permanece na boca sua função é quase nula. Pequena quantidade de triglicerídeos é digerida no estômago pela lipase lingual secretada pelas glândulas linguais na boca e deglutida com a saliva. Essa digestão é menor que 10% e, em geral, sem importância. Essencialmente, toda a digestão das gorduras ocorre no intestino delgado. PRIMEIRA ETAPA NA DIGESTÃO A lipase gástrica provavelmente corresponde àquela secretada pela língua. Porém, o pH extremamente ácido do estômago não possibilita a ação integral desta lipase gástrica, diminuindo a velocidade de sua ação enzimática, havendo apenas a quebra de algumas ligações de ésteres de Ácidos Graxos de cadeia curta. A ação gástrica na digestão dos lipídios está relacionada com os movimentos peristálticos do estômago, produzindo uma emulsificação dos lipídios, dispersando-os de maneira equivalente pelo bolo alimentar. A primeira etapa na digestão de gorduras é a quebra física dos glóbulos de gordura em partículas pequenas, de maneira que as enzimas digestivas hidrossolúveis possam agir nas superfícies das partículas. Esse processo é denominado emulsificação da gordura e começa pela agitação no estômago que mistura a gordura com os produtos da secreção gástrica. A maior parte da emulsificação ocorre no duodeno, sob a influência da bile, secreção do fígado que não contém enzimas digestivas. Porém, a bile contém grande quantidade de sais biliares, assim como o fosfolipídeo lecitina. Essas duas substâncias, mas especialmente a lecitina, são extremamente importantes para a emulsificação da gordura. As porções polares (i. e., os pontos onde ocorre a ionização na água) dos sais biliares e das moléculas de lecitina são muito solúveis em água, enquanto quase todas as porções remanescentes de suas moléculas são muito solúveis em gordura. No entanto, as porções solúveis em gordura dessas secreções hepáticas se dissolvem na camada superficial dos glóbulos gordurosos, com as porções polares projetadas. As projeções polares, por sua vez, são solúveis nos líquidos aquosos circundantes, o que diminui, consideravelmente, a tensão interfacial da gordura e também a torna solúvel. Quando a tensão interfacial do glóbulo do líquido imiscível é baixa, esse líquido imiscível, sob agitação, pode ser dividido em pequenas partículas, muito mais facilmente do que pode quando a tensão interfacial é grande. Consequentemente, a principal função majoritária dos sais biliares e da lecitina, especialmente da lecitina na bile, é tornar os glóbulos gordurosos rapidamente fragmentáveis, sob agitação com água no intestino delgado. Essa ação é igual àquela que muitos detergentes que são largamente usados em limpadores domésticos para a remoção de gordura. Com a redução do diâmetro dos glóbulos de gordura, a área superficial total aumenta bastante. Na medida em que os diâmetros médios das partículas de gordura no intestino após a emulsificação são inferiores a 1 micrômetro, isso representa um aumento de até 1.000 vezes da área superficial total da fase lipídica. As enzimas lipases são compostos hidrossolúveis e podem atacar os glóbulos de gordura apenas em suas superfícies. Por conseguinte, essa função detergente dos sais biliares e da lecitina é muito importante para a digestão das gorduras. LIPASE PANCREÁTICA A enzima mais importante para a digestão dos triglicerídeos é a lipase pancreática, presente em enorme quantidade no suco pancreático, suficiente para digerir em 1 minuto todos os triglicerídeos. Os enterócitos do intestino delgado contêm outra lipase adicional, conhecida como lipase entérica, mas esta não é normalmente necessária. PRODUTOS FINAIS DA DIGESTÃO Grande parte dos triglicerídeos na dieta é hidrolisada pela lipase pancreática em ácidos graxos livres e 2- monoglicerídeos, como mostra a Figura 66-4. SAIS BILIARES A hidrólise dos triglicerídeos é reação muito reversível; por conseguinte, o acúmulo de monoglicerídeos e de ácidos graxos livres na vizinhança do que está sendo digerido impede a continuação da digestão. Os sais biliares têm o importante papel adicional de remover os monoglicerídeos e os ácidos graxos das adjacências das partículas em digestão, quase tão rapidamente quanto esses produtos da digestão são formados. Os sais biliares, em concentração elevada o suficiente na água, tendem a formar micelas, que são agregados cilíndricos com 3 a 6 nanômetros de diâmetro compostos por 20 a 40 moléculas de sais biliares. Essas micelas se desenvolvem porque cada molécula de sal biliar é composta por núcleo esterol, muito lipossolúvel e grupo polar muito hidrossolúvel. O núcleo esterol envolve os produtos da digestão das gorduras, formando pequeno glóbulo de gordura no meio da micela resultante com os grupos polares dos sais biliares se projetando para fora, para cobrir a superfície da micela. Como esses grupos polares têm cargas negativas, eles permitem que todo o glóbulo de micela se dissolva na água dos líquidos digestivos e permaneça em solução estável até a absorção da gordura. As micelas de sais biliares também são meios de transporte carreando monoglicerídeos e ácidos graxos, ambos seriam de outra maneira relativamente insolúveis na borda em escova das células epiteliais intestinais. Esses monoglicerídeos e ácidos graxos são absorvidos pelo sangue. As micelas, livres dos produtos da digestão, voltam ao quimo para serem usadas nesse processo de transporte. DIGESTÃO DOS ÉSTERES DE COLESTEROL E DOS FOSFOLIPÍDEOS Grande parte do colesterol na dieta está sob a forma de ésteres de colesterol, combinações de colesterol livre e uma molécula de ácido graxo. Os fosfolipídios também contêm ácidos graxos nas suas moléculas. Tanto os ésteres de colesterol como os fosfolipídios são hidrolisados por duas outras lipases na secreção pancreática, que liberam ácidos graxos — a enzima hidrolase de éster de colesterol, que hidrolisa o éster de colesterol e a fosfolipase A2, que hidrolisa fosfolipídios. As micelas dos sais biliares têm o mesmo papel no “carreamento” dos produtos da digestão de ésteresde colesterol e de fosfolipídios, que têm no “carreamento” de monoglicerídeos e ácidos graxos livres. Na verdade, essencialmente nenhum colesterol é absorvido sem as micelas. ABSORÇÃO DE GORDURAS Quando as gorduras são digeridas, formando monoglicerídeos e ácidos graxos livres, esses produtos finais da digestão são imediatamente incorporados na parte lipídica contra as micelas de sais biliares. As dimensões dessas micelas são de apenas 3 a 6 nanômetros em diâmetro e, devido à sua alta carga na face externa, elas são solúveis no quimo. Dessa forma, os monoglicerídeos e os ácidos graxos livres são carreados para a borda em escova das células intestinais. As micelas penetram os espaços entre os vilos em constante movimento. Os monoglicerídeos e os ácidos graxos se difundem das micelas para as membranas das células epiteliais, o que é possível porque os lipídios são também solúveis na membrana da célula epitelial. Esse processo deixa as micelas dos sais biliares no quimo, onde são reutilizadas para a incorporação dos produtos da digestão de gorduras. As micelas, portanto, realizam função “carreadora” importante para a absorção de gordura. Na presença de abundância de micelas de sais biliares, aproximadamente 97% da gordura é absorvida; em sua ausência, a absorção é de apenas 40% a 50%. Depois de entrar na célula epitelial, os ácidos graxos e os monoglicerídeos são captados pelo retículo endoplasmático liso da célula; aí, são usados para formar novos triglicerídeos que serão, sob a forma de quilomícrons, transferidos para os lactíferos das vilosidades. Pelo ducto linfático torácico, os quilomícrons são transferidos para o sangue circulante. ABSORÇÃO DIRETA DE ÁCIDOS GRAXOS PARA O SANGUE PORTAL Pequenas quantidades de ácidos graxos de cadeias curta e média, como os da gordura do leite, são absorvidas diretamente pelo sangue porta, em vez de serem convertidas em triglicerídeos e transferidas para a linfa. A causa dessa diferença entre a absorção de ácidos graxos de cadeias curta e longa é que os de cadeia curta são mais hidrossolúveis e, em grande parte, não são convertidos a triglicerídeos pelo retículo endoplasmático. Essas características levam à difusão desses ácidos graxos de cadeia curta das células do epitélio intestinal diretamente para o sangue no capilar das vilosidades intestinais. SÍNTESE DE LIPÍDEOS Os lipídeos podem ser sintetizados a partir de carboidratos e proteínas. A síntese ocorre principalmente no fígado e menos no tecido adiposo. O substrato inicial sempre inicia a partir da Acetil~CoA e no final do processo o ácido palmítico é produzido. A síntese de lipídeos é estimulada pela grande quantidade de ATP e Acetil~CoA. Ps.: a grande quantidade de ATP é fator inibidor do Citrato no ciclo de Krebs, pois irá inibir a isocitrato desidrogenase, logo, o Citrato é utilizado na síntese de lipídeos. LIPOGÊNESE A maioria dos ácidos graxos de que os humanos necessitam provém da alimentação; no entanto, a via para sua síntese – lipogênese – a partir de compostos de 2 carbonos está presente em muitos tecidos como fígado, cérebro, rim, glândulas mamárias e tecido adiposo. Em geral, a via de síntese se encontra ativa principalmente em situações de excesso de consumo energético, sobretudo na forma de excesso de carboidrato e proteínas. SÍNTESE DE ÁCIDOS GRAXOS O acetil-CoA é um composto mitocondrial, precursor da síntese de ácidos graxos e originado do catabolismo de carboidratos e proteínas. No entanto, esse processo ocorre no citoplasma das células. Então é importante salientar que a saída do acetil-CoA da mitocôndria se dá por meio do citrato, um intermediário do ciclo de Krebs, que ocorre na mitocôndria, formado pela união do acetil-CoA e do oxaloacetato. Em situações de excesso de glicose, a concentração de citrato também aumenta e ele acaba saindo da organela através de um translocador de citrato localizado na membrana mitocondrial interna. No meio citoplasmático, o citrato é quebrado pela citrato liase em acetil-CoA e oxaloacetato. No primeiro estágio da biossíntese de ácido graxo, o acetil-CoA, derivado principalmente do metabolismo de carboidratos, é convertido em malonil- CoA por ação da enzima acetil-CoA carboxilase, uma enzima dependente de biotina (vitamina B7). Assim, essa reação se dá em estágios: primeiro, há a carboxilação da biotina, envolvendo ATP, seguida da transferência do grupo carboxila para o acetil-CoA, produzindo o malonil-CoA. acetilCoA + + ATP . malonil-CoA + ADP + Pi A segunda enzima que participa da síntese de lipídeos é o complexo do ácido graxo sintase (AGS). É uma enzima grande e capaz de desempenhar diversas funções. A fosfopantoteína e a cisteína, presentes em sua estrutura, possuem grupamentos SH que servem para ligar os diversos substratos dessa enzima. Primeiro, um acetil-CoA se liga à cisteína e, em seguida, o malonil-CoA se liga à fosfopantoteína. Para tal, ambos perdem a CoA e se ligam como acetato e malonato. Depois, há ação de duas enzimas sobre esses substratos, uma enzima de condensação, que une os carbonos das duas moléculas, e uma enzima de descarboxilação, que retira um carbono do produto formado, originando, ao final, um composto de quatro carbonos. É um composto formado sobre a fosfopantoteína que recebe o nome acetoacetil-PCA. Em seguida, essa nova molécula sofre uma redução dependente de NADPH, catalisada por uma redutase do complexo AGS. O NADPH cede seu H, formando NADP+ e forma-se o produto hidroxibutiril-PCA, que passa por uma desidratação catalisada por uma desidratase do complexo AGS. O produto desta reação é butenenoil- PCA. A quarta reação é uma redução catalisada por um outra redutase que também utiliza NADPH, formando NADP+ e butiril-PCA. Esse composto é transferido da fosfopantoteína para a cisteína, deixando a primeira livre para a entrada de um novo malonato. Na segunda rodada do processo, o butiril, composto de 4 carbonos ligado à cisteína, passa pelas reações de condensação e descarboxilação com o novo malonato que se encontra ligado à fosfopantoteína. Da mesma forma, esse composto vai sofrer uma redução, seguida de uma desidratação e uma nova redução. Agora, o composto formado apresenta 6 carbonos (4 do butiril + 2 do malonato) e é transferido de volta à cisteína para deixar a fosfopantoteína livre para que essa via reinicie. Esse processo repete-se 7 vezes, até a formação do palmitato (molécula de 16 carbonos) no complexo AGS. O palmitato, ou ácido palmítico, é o precursor utilizado para a formação ácidos graxos mais longos. Ele é, então, transportado ao tecido adiposo onde será armazenado como reserva energética. Acetil-CoA + 7 malonil-CoA + 14 NADPH + 14 H+ . Palmitato + 7 CO2 + 8 CoA + 14 NADP+ + 6 H2O Para síntese de ácidos graxos mais longos, é necessária a participação de um outro complexo multienzimático, a ácido-graxo alongasse, que atua no retículo endoplasmático. O alongamento da cadeia ocorre através da adição de novos fragmentos de 2 carbonos derivados do malonil-CoA. Os ácidos graxos também podem ser alongados na mitocôndria por outro sistema dependente de NADH que utiliza acetil-CoA como fonte de fragmentos de dois carbonos. REGULAÇÃO DA BIOSSÍNTESE DE ÁCIDOS GRAXOS A reação catalisada pela acetil-CoA- carboxilase é a etapa limite do anabolismo de ácidos graxos, de modo que essa enzima atua como um importante ponto de regulação. A acetil- CoA-carboxilase sofre dois controles. O primeiro é exercido pelo citrato, que atua como modulador da atividade dessa enzima, ao orientar o metabolismo celular de consumo de combustível metabólico para o de armazenamento decombustível na forma de ácidos graxos. Quando as concentrações mitocondriais de acetil- CoA e ATP aumentam, o citrato é transportado para fora da mitocôndria, onde funciona como precursor de acetil-CoA e como sinal alostérico para a polimerização e ativação da acetil- CoA-carboxilase. O segundo controle exercido sobre a acetil-CoA-carboxilase é a fosforilação promovida pelas ações dos hormônios glucagon e adrenalina, liberados em situações de jejum e de exercício físico elevado, que inativa a enzima e reduz sua sensibilidade à ativação por citrato. Com isso, eles reduzem a velocidade da síntese de ácidos graxos. SÍNTESE DE TRIACILGLICERÓIS A maior parte dos ácidos graxos sintetizados ou ingeridos na dieta pode seguir por dois caminhos, a depender da demanda do organismo: a incorporação em triacilgliceróis para o armazenamento energético ou a incorporação em componentes fosfolipídicos da membrana plasmática. As duas vias iniciam no mesmo ponto: a formação de ésteres acil graxo de glicerol. Os triacilgliceróis são sintetizados a partir de moléculas de acil-CoA derivadas de ácidos graxos e glicerol-3- fosfato. No tecido adiposo, o glicerol- 3-fosfato é formado por redução de diidroxiacetona fosfato, obtida da glicose, por ação da glicerol-3-fosfato desidrogenase. No fígado, a única via para obtenção de glicerol-3-fosfato é a fosforilação do glicerol pela glicerol quinase. O glicerol-3-fosfato é acilado em duas etapas, formando o ácido fosfatídico (diacilglicerol-3-fosfato) que, por hidrólise do grupo fosfato, origina diacilglicerol. Esses dois últimos compostos são intermediários também da síntese de fosfolipídeos. Os triacilgliceróis são formados pela acilação, ou seja, adição de ácido graxo ao diacilglicerol. As enzimas que executam esse processo estão ligadas ao retículo endoplasmático, na superfície citosólica. A maioria dos tecidos humanos são capazes de produzir triacilgliceróis, mas os principais são o fígado e o tecido adiposo. Os triacilgliceróis sintetizados no fígado são, na maior parte, incorporados em lipoproteínas plasmáticas e, assim, distribuídos pelos tecidos extra- hepáticos. O tecido adiposo encarrega-se da síntese e armazenamento de triacilgliceróis, formados a partir de ácidos graxos da dieta ou a partir daquele sintetizados pelo fígado. Além disso, os adipócitos realizam a hidrólise dessas moléculas, liberando ácidos graxos para uso interno ou exportação a outros tecidos. Já os fosfolipídeos, necessários na síntese de membranas, são sintetizados, praticamente, por todas as células. REGULAÇÃO DA BIOSSÍNTESE DOS TRIACILGLICERÓIS A biossíntese e a degradação de triacilgliceróis são reguladas de modo que a via favorecida depende das fontes metabólicas e das necessidades em um dado momento. A velocidade da biossíntese é alterada pela ação de diversos hormônios, como a insulina, que estimula a conversão de carboidratos em triacilgliceróis. Além disso, um fator adicional no balanço entre a biossíntese e o catabolismo de triacilgliceróis é que cerca de 75% dos ácidos graxos liberados pela lipólise são reesterificados, formando triacilgliceróis, em vez de serem utilizados como combustível. Essa relação persiste mesmo em situações de jejum, quando o metabolismo energético utiliza a oxidação de ácidos graxos como fonte de energia. Quando a mobilização dos ácidos graxos é necessária para satisfazer as necessidades energéticas, sua liberação do tecido adiposo é estimulada pelo glucagon e pela adrenalina. Simultaneamente, esses hormônios diminuem a velocidade da glicólise e aumentam a velocidade da gliconeogênese no fígado. O ácido graxo liberado é captado por diversos tecidos, incluindo os músculos, onde é oxidado para geração de energia. No fígado, a maior parte do ácido graxo não é oxidada, mas é reciclada a triacilglicerol e retorna ao tecido adiposo. SÍNTESE DO COLESTEROL O colesterol do organismo humano pode ser obtido através dos alimentos ou por síntese endógena. Os principais órgãos responsáveis pela produção do colesterol são o fígado e o intestino, que produzem em torno de 25% do colesterol endógeno. A acetil-CoA é precursora de todos os átomos de carbono presentes no colesterol (C27), e o agente redutor é o NADPH. As enzimas que catalisam a síntese localizam-se no citosol e no retículo endoplasmático. É uma via que envolve diversas reações em um processo de “montagem” do colesterol, organizadas em quatro estágios: • Condensação de três moléculas de acetil-CoA, formando o mevalonato (C6); • Conversão do mevalonato em unidades de isopreno (C5) ativadas; • Polimerização das seis unidades de isopreno, formando o esqualeno linear (C30); • Ciclização do esqualeno para formar os quatro anéis do núcleo esteroide, com mudanças adicionais, para produção do colesterol. Ao total, são mais de 20 reações, incluindo consumo de O2 e NADPH, remoção de grupos metila e migração de duplas ligações, que levam, finalmente, à síntese do colesterol. Portanto, trata-se de um processo redutivo com grande consumo de energia: para cada molécula produzida são gastos 18 ATP e dezenas de NADPH. A maior parte da síntese do colesterol ocorre no fígado. Uma pequena fração do colesterol sintetizado ali é incorporada nas membranas dos hepatócitos. Porém a maior parte dele é exportada em uma de três formas: • Ácidos biliares • Colesterol biliar • Ésteres de colesterol (transportados em partículas lipoproteicas secretadas para outros tecidos que utilizam colesterol ou armazenados no fígado em gotículas de gordura) Em outros tecidos, o colesterol é convertido em hormônios esteroides ou na vitamina D, compostos que atuam como sinalizadores extremamente potentes por meio de receptores nucleares proteicos. REGULAÇÃO DO METABOLISMO DE COLESTEROL Os quilomícrons, responsáveis pelo transporte dos lipídeos da dieta pelo sangue, são ricos em colesterol e, após cumprirem sua função, são retirados da circulação pelo fígado. Em situação pós prandial, o fígado sintetiza ativamente triacilgliceróis e colesterol, que se somam aos provenientes dos quilomícrons. Os triacilgliceróis e o colesterol que excedem as necessidades dos próprios hepatócitos são utilizados para a síntese de lipoproteínas. Desses compostos, as LDL (Low Density Lipoproteins) constituem o principal veículo de colesterol no sangue: os tecidos (exceto o fígado e o intestino) obtêm a maior parte de seu colesterol exógeno por meio da endocitose de LDL. A síntese de receptores de LDL é inibida por níveis elevados de colesterol intracelular, reduzindo a incorporação celular de LDL-colesterol e aumentando sua concentração no plasma. As HDL atuam no sentido inverso aos das LDL, ou seja, efetuam a remoção do colesterol dos tecidos. São sintetizadas no fígado e intestino, se ligam à superfície dos tecidos periféricos e o excesso de colesterol intracelular é translocado para a o interior das HDL, como ésteres de colesterol. As HDL enriquecidas em colesterol podem ser diretamente absorvidas pelo fígado, onde esse lipídeo será utilizado para a produção de sais biliares, ou podem transferir colesterol para outras lipoproteínas que também são absorvidas pelo fígado. O principal ponto da regulação da via do colesterol é a reação envolvendo a HMG-CoA redutase, que atua na formação do mevalonato, através de alterações na atividade e na concentração da enzima. Sua atividade é modulada por fosforilação (inativação), promovida por glucagon e adrenalina, e desfosforilação (ativação), determinada pela insulina. A concentração da enzima é regulada por variação da expressão gênica e da velocidade de degradação da enzima.Colesterol e mevalonato inibem a síntese e a tradução da HMG-CoA redutase e aumentam a velocidade de degradação dela. CATABOLISMO DE LIPÍDEOS A separação entre a oxidação dos ácidos graxos, que ocorre nas mitocôndrias, e a sua biossíntese, que ocorre no citosol, permite que cada um desses dois processos seja controlado e integrado de acordo com as suas necessidades teciduais. A oxidação de ácido graxos trata-se de um processo aeróbio, que exige presença de oxigênio. O aumento da oxidação dos ácidos graxos constitui uma característica do estado de inanição e do diabetes melito (DM), levando ao aumento da produção de corpos cetônicos pelo fígado (cetose). Os corpos cetônicos são ácidos, e quando produzidos em excesso por longos períodos de tempo, como ocorre no diabetes, causam cetoacidose, que acaba sendo fatal. Como a gliconeogênese depende da oxidação dos ácidos graxos, qualquer comprometimento na oxidação dos ácidos graxos leva à hipoglicemia. Isso ocorre em vários estados de deficiência de carnitina ou de deficiência de enzimas essenciais para a oxidação dos ácidos graxos, como a carnitina- palmitoil-transferase, ou durante a inibição da oxidação dos ácidos graxos por substâncias tóxicas, como a hipoglicina. A OXIDAÇÃO DOS A.G. OCORRE NAS MITOCÔNDRIAS Os ácidos graxos são transportados na corrente sanguínea como ácidos graxos livres (AGLs) também chamados de ácidos graxos não esterificados (AGNEs). No plasma, os AGLs de cadeias mais longas estão associados à albumina, ao passo que na célula, estão ligados a uma proteína de ligação de ácidos graxos. Os A.G. de cadeia mais curtas são mais hidrossolúveis e ocorrem como ácidos não ionizados ou como ânions de ácido graxo. ATIVAÇÃO DOS A.G. Os ácidos graxos devem ser inicialmente convertidos em um intermediário ativo antes que possam ser catabolizados. Trata-se da única etapa em todo o processo de degradação de um ácido graxo que requer a energia proveniente do ATP. Na presença de ATP e de coenzima A, a enzima acil-CoA-sintase (tiocinase) catalisa a conversão de um ácido graxo livre a um “ácido graxo ativado” ou acil-CoA, usando um fosfato de alta energia e formando AMP e PPi. O PPi é hidrolisado pela pirofosfatase inorgânica, com perda de mais um fosfato de alta energia, assegurando o progresso da reação global até o seu término. As acil-CoA-sintases são encontradas no retículo endoplasmático, nos peroxissomos e tanto no interior quanto na membrana externa das mitocôndrias. A carnitina (butirato de β-hidroxi-γ- trimetilamônio), (CH3)3N+—CH2— CH(OH)—CH2—COO–, possui ampla distribuição e é particularmente abundante no músculo. Acilas-CoA de cadeia longa (ou AGLs) não podem atravessar a membrana interna das mitocôndrias. Na presença de carnitina, no entanto, a carnitina-palmitoil- transferase I, localizada na membrana mitocondrial externa, transfere grupos acil de cadeia longa da CoA para a carnitina, formando acilcarnitina e liberando CoA. A acilcarnitina é capaz de penetrar na membrana interna e ter acesso ao sistema enzimático da β- oxidação por meio do transportador de troca na membrana interna, carnitina- acilcarnitina-translocase. O transportador liga acilcarnitina e a transporta através da membrana em troca de carnitina. O grupo acil é, então, transferido para a CoA, de forma que acil-CoA é formada novamente e a carnitina é liberada. Essa reação é catalisada pela carnitina-palmitoil- transferase II, que está localizada no lado de dentro da membrana interna (Figura 22-1). Β-OXIDAÇÃO DE A.G. Na via da β-oxidação (Figura 22-2), são clivados dois carbonos por vez de moléculas acil-CoA, iniciando pela extremidade carboxila. A cadeia é clivada entre os átomos de carbono α(2) e β(3) – por isso, o nome β- oxidação. As unidades de dois carbonos formadas são de acetil-CoA; por conseguinte, o palmitoil-CoA forma oito moléculas de acetil-CoA. Várias enzimas, conhecidas como “oxidase de ácido graxo”, são encontradas na matriz mitocondrial ou na membrana interna, adjacentes à cadeia respiratória. Elas catalisam a oxidação de acil-CoA à acetil-CoA por meio da via da β-oxidação. O sistema prossegue de forma cíclica, o que resulta na degradação de ácidos graxos longos à acetil-CoA. Nesse processo, grandes quantidades de equivalentes redutores FADH2 e NADH são geradas e utilizadas para formar ATP pela fosforilação oxidativa. ETAPAS DA B-OXIDAÇÃO A primeira etapa consiste na remoção de dois átomos de hidrogênio dos átomos de carbono α (2) e β(3), em uma reação catalisada pela acil-CoA- desidrogenase, que requer a presença de FAD. Isso resulta na formação de Δ2-trans-enoil-CoA e FADH2. A reoxidação do FADH2 pela cadeia respiratória requer a participação de outra flavoproteína, denominada flavoproteína transferidora de elétrons. Água é adicionada para saturar a dupla ligação e formar 3-hidroxiacil-CoA, catalisada pela Δ2-enoil-CoA- hidratase. O derivado 3-hidroxi sofre uma desidrogenação adicional no carbono 3, catalisada pela l(+)-3- hidroxiacil-CoA-desidrogenase, com formação do composto 3-cetoacil-CoA correspondente. Nesse caso, o NAD+ é a coenzima envolvida. Por fim, a 3- cetoacil-CoA é clivada na posição 2,3 pela tiolase (3-cetoacil-CoA-tiolase), formando acetil-CoA e uma nova acil- CoA com dois carbonos a menos do que a molécula original de acil-CoA. A acil-CoA formada na reação de clivagem entra novamente na via oxidativa, na reação 2. Dessa forma, um ácido graxo de cadeia longa com número par de átomos de carbono pode ser completamente degradado à acetil-CoA (unidades de C2). Por exemplo, após sete ciclos, o ácido graxo C16, palmitato, seria convertido a oito moléculas de acetil-CoA. Como a acetil-CoA pode ser oxidada a CO2 e água por meio do ciclo do ácido cítrico (que também é encontrado no interior das mitocôndrias), obtém-se, então, a oxidação completa dos ácidos graxos. OXIDAÇÃO DE A.G. ÍMPARES Os ácidos graxos com número ímpar de átomos de carbonos são oxidados pela via da β-oxidação descrita, produzindo acetil-CoA até formar um resíduo de três carbonos (propionil-CoA). Esse composto é convertido em succinil- CoA, um constituinte do ciclo do ácido cítrico. Portanto, o resíduo propionil de um ácido graxo de cadeia ímpar constitui a única parte de um ácido graxo que é glicogênica. CETOGÊNESE Diante de uma elevada taxa de oxidação de ácidos graxos, o fígado produz quantidades consideráveis de acetacetato, D-3-hidroxibutirato. O acetacetato sofre descarboxilação espontânea, produzindo acetona. Essas três substâncias são conhecidas como corpos cetônicos ou cetonas. Os tecidos extra-hepáticos utilizam acetacetato e β-hidroxibutirato como substratos respiratórios. A acetona é um produto residual que, sendo volátil, pode ser excretado pelos pulmões. Como há síntese ativa, mas pouca utilização dos corpos cetônicos no fígado, enquanto eles são utilizados, mas não produzidos em tecidos extra- hepáticos, existe um fluxo líquido dos compostos para os tecidos extra- hepáticos. As enzimas responsáveis pela formação dos corpos cetônicos estão associadas, principalmente, às mitocôndrias. Duas moléculas de acetil- CoA formadas durante a β-oxidação se condensam para formar o acetoacetil- CoA mediante reversão da reação da tiolase. O acetoacetil-CoA, que constitui o material inicial para a cetogênese, também se origina diretamente dos quatro carbonos terminais de um ácido graxo durante a β-oxidação. A condensação do acetoacetil-CoA com outra molécula de acetil-CoA pela 3-hidroxi-3-metilglutaril- CoA- sintase forma o 3-hidroxi-3- metilglutaril-CoA (HMG-CoA). Em seguida, a 3-hidroxi-3-metilglutaril- CoA-liase atua na clivagem daacetil- CoA do HMG-CoA, deixando o acetacetato livre. Os átomos de carbono retirados da molécula de acetil-CoA provêm da molécula original de acetoacetil-CoA. Ambas as enzimas precisam estar presentes nas mitocôndrias para que ocorra a cetogênese. Esse processo só ocorre no fígado e no epitélio do rúmen. O d(– )-3-hidroxibutirato é o corpo cetônico que predomina quantitativamente no sangue e na urina na presença de cetose. FUNÇÃO DOS CORPOS CETÔNICOS Embora o acetacetato seja produzido por um mecanismo enzimático ativo a partir de acetoacetil-CoA no fígado, o acetacetato, uma vez formado, não pode ser diretamente reativado, exceto no citosol, onde é utilizado em uma via muito menos ativa como precursor na síntese de colesterol. Nos tecidos extra-hepáticos, o acetacetato é ativado a acetoacetil- CoA pela succinil-CoA-acetacetato- CoA-transferase. A CoA é transferida do succinil-CoA para formar o acetoacetil-CoA. Com o acréscimo de uma CoA, o acetoacetil-CoA é clivado em duas acetil-CoA pela tiolase e oxidado no ciclo do ácido cítrico. Se o nível sanguíneo subir, a oxidação dos corpos cetônicos aumenta até que, em uma concentração de cerca de 12 mmol/L, o mecanismo oxidativo esteja saturado. Quando isso ocorre, grande parte do consumo de oxigênio pode ser atribuída à oxidação dos corpos cetônicos. Na maioria dos casos, a cetonemia é causada pela produção aumentada de corpos cetônicos pelo fígado, e não por uma deficiência de sua utilização pelos tecidos extra- hepáticos. Embora o acetacetato e o d(–)-3-hidroxibutirato sejam prontamente oxidados pelos tecidos extra-hepáticos, a acetona é difícil de ser oxidada in vivo e é volatilizada, em grande parte, nos pulmões. REGULAÇÃO DA CETOGÊNESE 1. A cetose não ocorre in vivo, a não ser que haja aumento nos níveis de AGL circulantes provenientes da lipólise do triacilglicerol no tecido adiposo. Os AGL são os precursores dos corpos cetônicos no fígado. O fígado, tanto no estado alimentado como em jejum, extrai cerca de 30% dos AGL que passam por ele, de forma que em altas concentrações o fluxo que passa para o fígado é substancial. Portanto, os fatores que regulam a mobilização dos AGL do tecido adiposo são importantes no controle da cetogênese. 2. Após a sua captação pelo fígado, os AGL são β-oxidados em CO2 ou corpos cetônicos, ou esterificados em triacilglicerol e fosfolipídeos. A entrada dos ácidos graxos na via oxidativa é regulada pela carnitina-palmitoil- transferase-I (CPT-I) (Figura 22- 1), e o restante dos ácidos graxos captados é esterificado. A atividade da CPT-I é baixa no estado alimentado, levando à diminuição da oxidação dos ácidos graxos, ao passo que se apresenta alta no jejum prolongado, permitindo aumento na oxidação dos ácidos graxos. A malonil-CoA, intermediário inicial na biossíntese dos ácidos graxos (Figura 23-1) formado pela acetil- CoA carboxilase no estado alimentado, é um potente inibidor da CPT-I. Nessas condições, os AGL entram no hepatócito em baixas concentrações e são quase todos esterificados a acilgliceróis e transportados para fora do fígado nas lipoproteínas de densidade muito baixa (VLDL). Entretanto, à medida que a concentração de AGL aumenta no jejum prolongado, a acetil- CoA-carboxilase é inibida diretamente pela acil-CoA, e a malonil-CoA diminui, interrompendo a inibição da CPT- I e possibilitando a β-oxidação de mais acil-CoA. Esses eventos são intensificados no jejum prolongado por uma redução da razão (insulina)/(glucagon). Por isso, a β-oxidação dos AGL é controlada pela CPT-I, a porta de entrada para o interior das mitocôndrias, e o saldo de AGL não oxidados é esterificado. 3. Por sua vez, a acetil-CoA formada durante a β-oxidação é oxidada no ciclo do ácido cítrico ou entra na via da cetogênese para formar corpos cetônicos. À medida que o nível sérico de AGL aumenta, uma quantidade proporcionalmente maior de AGL é convertida em corpos cetônicos, e uma menor quantidade é oxidada pelo ciclo do ácido cítrico em CO2. A distribuição de acetil-CoA entre a via da cetogênese e a via da oxidação a CO2 é regulada de modo que a energia livre total captada em ATP, que resulta da oxidação dos AGL, permanece constante à medida que a sua concentração sérica é alterada. Essa situação pode ser reconhecida quando se pensa que a oxidação completa de 1 mol de palmitato envolve uma produção líquida de 106 moles de ATP por meio da β-oxidação e da produção de CO2 no ciclo do ácido cítrico (ver anteriormente), ao passo que são produzidos apenas 26 moles de ATP quando o produto final é o acetacetato, e apenas 21 moles quando o produto final é o 3-hidroxibutirato. Dessa forma, a cetogênese pode ser considerada como um mecanismo que permite ao fígado oxidar quantidades crescentes de ácidos graxos dentro das limitações de um sistema rigidamente acoplado da fosforilação oxidativa. Uma queda na concentração de oxalacetato, particularmente no interior das mitocôndrias, pode comprometer a capacidade de o ciclo do ácido cítrico metabolizar acetil-CoA, desviando a oxidação dos ácidos graxos para a cetogênese. Essa queda pode ocorrer devido a uma elevação da razão (NADH) / (NAD+), causada pelo aumento da β-oxidação dos ácidos graxos, o que afeta o equilíbrio entre o oxalacetato e o malato, levando a uma redução na concentração de oxalacetato, bem como quando a gliconeogênese está elevada, o que ocorre quando os níveis de glicose estão baixos. A ativação da piruvato carboxilase, que catalisa a conversão do piruvato em oxalacetato, pela acetil- CoA, alivia parcialmente esse problema; todavia, em condições como a inanição e o DM não tratado, ocorre produção excessiva de corpos cetônicos, causando cetose. TRANSPORTE E ARMAZENAMENTO DE LIPÍDEOS 1 ETAPA: Os quilomícrons são sintetizados a partir de gorduras da dieta no RE dos enterócitos, células epiteliais que recobrem o intestino delgado. Os quilomícrons então se movem pelo sistema linfático e entram na corrente sanguínea pela veia subclávia esquerda. As apolipoproteínas dos quilomícrons incluem a apoB- 48 (exclusiva dessa classe de lipoproteínas), a apoE e a apoC-II. 2 ETAPA: A apoC-II ativa a lipase lipoproteica nos capilares do tecido adiposo, do coração, do músculo esquelético e da glândula mamária em lactação, permitindo a liberação de ácidos graxos livres (AGL) para esses tecidos. Os quilomícrons, portanto, transportam ácidos graxos da dieta para os tecidos onde eles serão consumidos ou armazenados como combustível. 3 ETAPA: O que resta dos quilomícrons (após perderem a maior parte de seus triacilgliceróis, mas contendo ainda colesterol, apoE e apoB-48) move-se pela corrente sanguínea para o fígado. Receptores existentes no fígado ligam a apoE nos remanescentes dos quilomícrons e controlam sua captação por endocitose. 4 ETAPA: No fígado, os remanescentes liberam seu colesterol e são degradados nos lisossomos. Essa via do colesterol da dieta até o fígado é a via exógena. 5 ETAPA: Quando a dieta contém mais ácidos graxos e colesterol do que a quantidade necessária para uso imediato como combustível ou como precursores de outras moléculas, eles são convertidos em triacilgliceróis ou ésteres de colesterila no fígado e empacotados com apolipoproteínas específicas, formando as lipoproteínas de densidade muito baixa (VLDL). O excesso de carboidratos na dieta também pode ser convertido em triacilgliceróis no fígado e exportado como VLDL. Além dos triacilgliceróis e ésteres de colesterila, as VLDL contêm apoB-100, apoC-I, apoC-II, apoC-III e apoE (Tabela 21-2). As VLDL são transportadas pelo sangue do fígado para o músculoe o tecido adiposo. 6 ETAPA: Nos capilares desses tecidos, apoC-II ativa a lipase lipoproteica, que catalisa a liberação dos ácidos graxos a partir dos triacilgliceróis das VLDL. Os adipócitos captam esses ácidos graxos, reconvertem-nos em triacilgliceróis e armazenam os produtos em gotículas intracelulares de lipídeos; já os miócitos, ao contrário, primariamente oxidam esses ácidos graxos para obterem energia. Quando o nível de insulina está alto (após uma refeição), as VLDL atuam principalmente para transportar lipídeos da dieta para o tecido adiposo para armazenamento. No estado de jejum ou entre as refeições, os ácidos graxos usados para produzir as VLDL no fígado são originários principalmente do tecido adiposo, e o principal alvo das VLDL são os miócitos do coração e do músculo esquelético. A perda de triacilgliceróis converte parte da VLDL em remanescentes de VLDL (também chamadas de lipoproteínas de densidade intermediária, IDL). A remoção adicional de triacilgliceróis da IDL (remanescentes) produz lipoproteínas de baixa densidade (LDL,). Rica em colesterol e ésteres de colesterila e contendo apoB-100 como sua principal Apolipoproteína. 7 ETAPA: LDL transporta colesterol para os tecidos extra-hepáticos, como músculo, glândulas suprarrenais e tecido adiposo. Esses tecidos têm receptores na membrana plasmática que reconhecem a apoB-100 e controlam a captação de colesterol e ésteres de colesterila. 8 ETAPA: A LDL também entrega colesterol para os macrófagos, algumas vezes os convertendo em células espumosas. 9 ETAPA: A LDL não captada pelos tecidos periféricos retornam ao fígado onde são captados via receptores de LDL na membrana plasmática dos hepatócitos. O colesterol que entra no hepatócito por essa via pode ser incorporado nas membranas, convertido em ácidos biliares ou reesterificados pela ACAT (Figura 21- 38) para armazenamento nas gotículas lipídicas citosólicas. Essa via, da formação de VLDL no fígado ao retorno de LDL para o fígado é a via endógena do metabolismo e transporte do colesterol (setas vermelhas na Figura 21-40). O acúmulo do excesso de colesterol intracelular é prevenido pela diminuição da velocidade de síntese quando colesterol suficiente está disponível a partir de LDL no sangue. 10 ETAPA: A quarta das principais lipoproteínas em mamíferos, a lipoproteína de alta densidade (HDL), origina-se no fígado e no intestino delgado como pequenas partículas ricas em proteína que contêm relativamente pouco colesterol e não contêm ésteres de colesterila. As HDL contêm principalmente apoA-I e outras apolipoproteínas. Elas contêm também a enzima lecitina-colesterol- aciltransferase (LCAT), que catalisa a formação de ésteres de colesterila a partir de lecitina (fosfatidilcolina) e de colesterol. A LCAT na superfície das partículas de HDL nascentes (recém- formadas) converte o colesterol e a fosfatidilcolina dos remanescentes do quilomícron e da VLDL encontradas na corrente sanguínea em ésteres de colesterila, dando início à formação do núcleo da HDL, transformando a HDL nascente em forma de disco em uma partícula de HDL madura de forma esférica. 11 ETAPA: A HDL nascente também pode captar colesterol de células extra- hepáticas ricas em colesterol (inclusive de macrófagos e de células espumosas formadas a partir dele; ver a seguir). 12 ETAPA: A HDL madura então retorna ao fígado, onde o colesterol é descarregado por meio do receptor SR- BI. 13 ETAPA: Parte dos ésteres de colesterila no HDL também pode ser transferida ao LDL pela proteína transportadora de éster de colesterila. O circuito da HDL é o transporte reverso do colesterol (setas roxas na Figura 21-40). A maior parte desse colesterol é convertido em sais biliares no fígado e armazenado na vesícula biliar. Quando uma refeição é ingerida, os sais biliares são excretados no intestino, onde ele dispersa pedaços macroscópicos de gordura em micelas microscópicas que podem ser atacadas pelas lipases. 14 ETAPA: Os sais biliares são reabsorvidos pelo fígado e recirculam pela vesícula biliar na circulação êntero-hepática. METABOLISMO DO COLESTEROL O colesterol está presente nos tecidos e no plasma na forma de colesterol livre ou em combinação com um ácido graxo de cadeia longa, na forma de éster de colesteril, sua forma de armazenamento. O colesterol é um lipídeo anfipático e, desse modo, um componente estrutural essencial das membranas, onde é importante na manutenção da permeabilidade e da fluidez apropriadas, bem como da camada externa das lipoproteínas plasmáticas. É sintetizado em muitos tecidos a partir de acetil-CoA e constitui o precursor de todos os outros esteroides no organismo, incluindo os corticosteroides, os hormônios sexuais, os ácidos biliares e a vitamina D. O colesterol é encontrado nos alimentos de origem animal como a gema do ovo, fígado, carne e cérebro. A lipoproteína de baixa densidade (LDL) do plasma é o veículo que fornece o colesterol e o éster de colesteril em muitos tecidos. O colesterol livre é removido dos tecidos pela lipoproteína de alta densidade (HDL) plasmática e transportado até o fígado, onde é eliminado do organismo em sua forma inalterada ou após conversão em ácidos biliares por um processo conhecido como transporte reverso do colesterol. BIOSSÍNTESE DO COLESTEROL Pouco mais da metade do colesterol do organismo se originam por síntese, ao passo que o restante é proveniente da dieta normal. O fígado e o intestino são os responsáveis, cada um, por 10% da síntese total. A síntese de colesterol ocorre no rético endoplasmático e nos compartimentos citosólicos das células. ETAPAS DA SÍNTESE DE COLESTEROL O colesterol esta constituído por 27 carbonos, em quatro anéis e uma cadeia lateral. É sintetizado a partir de acetil-CoA. Suas etapas são: 1 etapa - Biossíntese do mevalonato: Inicialmente, ocorre condensação de duas moléculas de acetil-CoA para formar acetoacetil-CoA, em uma reação catalisada pela tiolase citosólica. O acetoacetil-CoA condensa-se com outra molécula de acetil-CoA em outra reação catalisada pela HMGCoAsintase, com formação de HMG-CoA, que é reduzida a mevalonato pelo NADPH, em uma reação catalisada pela HMG- CoA- redutase. Esta última etapa constitui a principal etapa reguladora na via de síntese do colesterol e o local de ação da classe mais efetiva de fármacos redutores do colesterol, as estatinas, que são inibidores da HMG-CoA- redutase. 2 etapa – Formação das unidades isoprenoides: o mevalonato é fosforilado sequencialmente por três cinases utilizando o ATP e, após descarboxilação, ocorre a formação da unidade isoprenoide ativa, o isopentenil-difosfato. 3 etapa – Formação do esqualeno a partir de seis unidades isoprenoides: o isopentenil-difosfato é isomerizado por um deslocamento da dupla ligação para formar dimetilalil- difosfato e, em seguida, condensado com outra molécula de isopentenil- difosfato, com formação do intermediário de 10 carbonos, o geranil- difosfato. Uma condensação adicional com isopentenil-difosfato forma o farnesil-difosfato. Duas moléculas de farnesil-difosfato condensam- se na extremidade difosfato, formando o esqualeno. Inicialmente o pirofosfato inorgânico é eliminado, resultando no pré- esqualeno-difosfato, que é então reduzido pelo NADPH, com eliminação de mais uma molécula de pirofosfato inorgânico. 4 etapa – Formação do Lanosterol: esqualeno pode dobrar- se em uma estrutura muito semelhante ao núcleo esteroide. Antes do fechamento do anel, o esqualeno é convertido em esqualeno-2,3-epóxido por uma oxidase de função mista presente no retículo endoplasmático, a esqualeno- epoxidase. O grupo metil em C14 é transferidopara o C13 e o do C8 para o C14 à medida que ocorre a ciclização, catalisada pela oxidoesqualeno- lanosterol-ciclase. 5 etapa – Formação do colesterol: a formação do colesterol a partir do Lanosterol ocorre nas membranas do retículo endoplasmático e envolve alterações no núcleo e na cadeia lateral do esteroide. Os grupos metilas em C14 e C4 são removidos para formar 14-desmetil-lanosterol e, em seguida, zimosterol. Posteriormente, a dupla ligação em C8— C9 é transferida para C5—C6 em duas etapas, com formação do desmosterol. Por fim, a dupla ligação da cadeia lateral é reduzida, produzindo colesterol. REGULAÇÃO DA SÍNTESE DE COLESTEROL Efetuada pela etapa da HMG-CoA- redutase. A regulação da síntese do colesterol é efetuada próximo ao início da via, na etapa da HMG-CoA- redutase. Nos animais em jejum prolongado, a síntese diminuída de colesterol é acompanhada de redução da atividade enzimática. Entretanto, o colesterol da dieta inibe apenas a síntese hepática. A HMG-CoA-redutase no fígado é inibida pelo mevalonato, o produto imediato da reação, e pelo colesterol, o principal produto da via. O colesterol e seus metabólitos reprimem a transcrição da HMG-CoA-redutase pela ativação de um fator de transcrição, a proteína de ligação ao elemento regulador de esteróis (SREBP). As SREBPs constituem uma família de proteínas que regulam a transcrição de uma gama de genes envolvidos na captação e no metabolismo celular do colesterol e de outros lipídeos. A ativação da SREBP é inibida pela Insig (gene induzido por insulina), uma proteína cuja expressão, como o nome indica, é induzida por insulina e está presente no retículo endoplasmático. A Insig também promove a degradação da HMG-CoA- redutase. Tanto a síntese de colesterol quanto a atividade da redutase exibem variação diurna. A insulina ou o hormônio tireoideano aumentam a atividade da HMG-CoA- redutase, ao passo que o glucagon ou os glicocorticoides a diminuem. A atividade enzimática é reversivelmente modificada pelos mecanismos de fosforilação-desfosforilação, alguns dos quais podem ser dependentes de cAMP e, portanto, imediatamente responsivos ao glucagon. A proteína-cinase ativada por AMP (AMPK) (antes chamada de HMG-CoA- redutase-cinase) fosforila e inativa a HMG-CoA-redutase. A AMPK é ativada por fosforilação pela AMPK-cinase (AMPKK) e por modificação alostérica pelo AMP. RECEPTORES LDL O aumento do colesterol celular é causado pela captação de lipoproteínas contendo colesterol pelos receptores, como o receptor de LDL ou o receptor scavenger; pela captação do colesterol livre das lipoproteínas ricas em colesterol pela membrana celular; pela síntese de colesterol; e pela hidrólise dos ésteres de colesterol pela enzima éster de colesteril-hidrolase. Os receptores de LDL (apo B-100, E) ocorrem na superfície celular, em cavidades revestidas no lado citosólico da membrana celular por uma proteína denominada clatrina. Após a ligação, a LDL é captada de modo inalterado por endocitose. A seguir, a apoproteína e o éster de colesteril são hidrolisados nos lisossomos, e o colesterol é transferido para dentro da célula. Os receptores são reciclados e retornam à superfície celular. Esse influxo de colesterol inibe a transcrição dos genes que codificam a HMG-CoA-sintase, a HMG-CoA- redutase e outras enzimas envolvidas na síntese do colesterol, bem como o próprio receptor de LDL por meio da via da SREBP e, dessa forma, suprime de modo coordenado a síntese e a captação do colesterol. Além disso, a atividade da ACAT é estimulada, promovendo a esterificação do colesterol. A atividade do receptor de LDL na superfície da célula é regulada pela necessidade de colesterol para as membranas, para a síntese dos hormônios esteroides ou de ácido biliar, e o conteúdo de colesterol livre da célula é mantido em limites relativamente estreitos. TRANSPORTE DO COLESTEROL O colesterol é transportado no plasma em lipoproteínas, a maior parte na forma de éster de colesteril e, em seres humanos, a maior proporção é encontrada nas LDLs. Noventa e cinco por cento do colesterol dos quilomícrons é liberado para o fígado em quilomícrons remanescentes, e a maior parte do colesterol secretado pelo fígado nas VLDLs é retido durante a formação das lipoproteínas de densidade intermediária (IDLs) e finalmente LDL, que é captada pelo receptor de LDL no fígado e nos tecidos extra-hepáticos. A atividade da lecitina: colesterol- aciltransferase (LCAT) está associada à HDL, que contém apo A-I. À medida que o colesterol da HDL se torna esterificado, ele gera um gradiente de concentração que atrai o colesterol presente nos tecidos e em outras lipoproteínas, permitindo, assim, que a HDL funcione no transporte reverso do colesterol. A proteína de transferência de éster de colesteril, que está associada à HDL, é encontrada no plasma em seres humanos e muitas outras espécies. Essa proteína facilita a transferência do éster de colesteril da HDL para a VLDL, a IDL e a LDL em troca de triacilglicerol, aliviando a inibição pelo produto da atividade da LCAT na HDL. EXCREÇÃO DO COLESTEROL O colesterol é excretado pelo organismo através da bile, na forma não esterificada ou após conversão em ácidos biliares no fígado. O coprostanol é o principal esterol encontrado nas fezes e é formado a partir do colesterol pelas bactérias presentes na parte distal do intestino.
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