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Biossíntese de ácidos graxos, triglicerídeos e colesterol. A biossíntese do ácido graxo ocorre em maior produção no fígado, onde durante a sua biossíntese o ciclo de krebs está inibido, e sua síntese ocorre no citosol das células hepáticas, adiposas, renais e nervosas. Seu processo de produção é, quando temos em excesso no fígado, o excesso de glicose é oxidada no fígado, pois no fígado tem grande quantidade de oxalacetato. Teremos o Piruvato que formará acetilcoenzima A, que formará o citrato, que posteriormente migraram para o citosol, onde será convertido em acetil coenzima A, e assim formará o ácido graxo. A biossíntese são reações que ocorrem no organismo, reações que transformam moléculas simples em moléculas e biomoléculas mais complexas, através da transformação energética para formação de outras estruturas das células ou necessárias para ela. E a biossíntese de um ácido graxo, é um mecanismo anabólico que ocorre através do uso de alimentos ingeridos tendo aminoácidos e da glicose em excesso que são usados para biossíntese. A oxidação dos ácidos graxos ocorre pela remoção oxidativa e sucessiva de unidades com dois átomos de carbono (acetil-CoA), que requer a participação da malonil-CoA. O excesso de combustível metabólico no organismo é convertido em ácido graxo e estocado em lipídeos. Essa reação de conversão é catalisada pela acetil-CoA-carboxilase A malonil-CoA é formada a partir de acetil-CoA e bicarbonato O malonil-CoA é formado a partir de acetil-CoA, sendo um processo irreversível, catalisado pela acetil-CoA-carboxilase. A enzima contém um grupo prostético, a biotina, covalentemente ligado por uma ligação amida ao grupo «-amino de um resíduo de Lys presente em um dos três polipeptídeos ou domínios da molécula da enzima. A enzima catalisa reações em duas etapas, podemos comparar a reações como carboxilação dependente de biotina, como aquelas catalisadas pela piruvato-carboxilase e pela propionil-CoA-carboxilase. Primeiramente, um grupo carboxil derivado do bicarbonato (HCO3–) é transferido para a biotina em uma reação dependente de ATP. O grupo biotinila age como transportador temporário de CO2, transferindo- o para a acetil-CoA na segunda etapa, gerando malonil-CoA. O metabolismo anabólico redutor, tanto o cofator transportador de elétrons quanto os grupos ativadores diferem daqueles do processo catabólico oxidativo. O agente redutor na via sintética é o NADPH e os grupos ativadores são dois grupos ¬SH diferentes ligados à enzima. A AGS I (ácido graxo-sintase I), encontrada em vertebrados, consiste em uma única cadeia polipeptídica multifuncional. Ela possui sete sítios ativos para reações distintas que estão presentes em domínios separados. O polipeptídio de mamíferos funciona como homodímero. As subunidades parecem agir independentemente. Quando todos os sítios ativos de uma subunidade são inativados por mutação, a síntese dos ácidos graxos é apenas levemente reduzida. Três dos sete sítios ativos necessários são encontrados na subunidade e quatro na subunidade b. Com os sistemas AGS I, a síntese dos ácidos graxos leva a um único produto, e não são liberados intermediários. Quando o comprimento da cadeia atinge 16 carbonos, esse produto (palmitato) deixa o ciclo. Os carbonos C-16 e C-15 do palmitato são derivados dos átomos de carbono dos grupos metil e carboxil, respectivamente, de uma acetil-CoA utilizada diretamente para iniciar o sistema, os outros átomos de carbono da cadeia são originados da acetil-CoA e malonil-CoA. A ácido graxo-sintase de mamíferos tem múltiplos sítios ativos Mas qual a função desses sítios? Os múltiplos domínios da AGS I atuam como enzimas distintas, porém ligadas. O sítio ativo de cada enzima é encontrado em um domínio separado dentro do polipeptídio maior. Ao longo do processo de síntese dos ácidos graxos, os intermediários permanecem covalentemente ligados como tioésteres a um de dois grupos tiol. Um ponto de ligação é o grupo ¬SH de um resíduo de Cys em um dos domínios da sintase (b-cetoacil-ACP-sintase; KS); o outro ponto é o grupo ¬SH de uma proteína transportadora de grupos acila, domínio distinto do mesmo polipeptídio. A hidrólise dos tioésteres é altamente exergônica, e a energia liberada ajuda a tornar termodinamicamente favoráveis dois passos distintos da síntese dos ácidos graxos (condensação). A proteína transportadora de grupos acila (ACP) é o transportador que mantém o sistema unido. A ácido graxo-sintase recebe grupos acetila e malonila Antes que as reações de condensação que constroem a cadeia do ácido graxo possam iniciar, os dois grupos tióis do complexo enzimático devem ser carregados com os grupamentos acila corretos. Primeiramente, o grupo acetila da acetil-CoA é transferido para a ACP, em uma reação catalisada pelo domínio malonil/acetil-CoA-ACP-transferase (MAT) do polipeptídio multifuncional. 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. No complexo sintase carregado, os grupos acetila e malonila são ativados para o processo de alongamento da cadeia. Etapa ➊ Condensação A primeira reação na formação da cadeia de um ácido graxo é uma condensação de Claisen clássica envolvendo os grupos acetila e malonila ativados, formando acetoacetil-ACP, grupo acetoacetil ligado à ACP pelo grupo ¬SH da fosfopanteteína; simultaneamente, uma molécula de CO2 é produzida. Nesta reação, catalisada pela b-cetoacil- ACP-sintase, o grupamento acetil é transferido do grupo ¬SH da Cys da enzima para o grupo malonila ligado ao grupo ¬SH da ACP, tornando-se a unidade de dois carbonos metil-terminal do novo grupo acetoacetila. O átomo de carbono do CO2 formado nessa reação é o mesmo carbono originalmente introduzido na malonil-CoA a partir do HCO3 pela reação da acetil-CoA-carboxilase. Assim, a ligação covalente do CO2 durante a biossíntese dos ácidos graxos é apenas transitória ele é removido assim que cada unidade de dois carbonos é adicionada. Por que as células têm o trabalho de adicionar CO2 para formar o grupo malonila a partir do grupo acetila apenas para perder o CO2 durante a formação de acetoacetato? O uso de grupos malonila ativados em vez de grupos acetil é o que torna as reações de condensação termodinamicamente favoráveis. O carbono metileno (C-2) do grupo malonila, situado entre os carbonos da carbonila e da carboxila, forma um bom nucleófilo. Na etapa de condensação etapa ➊, a descarboxilação do grupo malonila facilita o ataque nucleofílica do carbono metileno sobre a ligação tioéster entre o grupo acetil e a b-cetoacil-ACP- sintase, deslocando o grupo ¬SH da enzima. O acoplamento da condensação à descarboxilação do grupo malonila torna o processo global altamente exergônico. Uma sequência semelhante de carboxilação-descarboxilação facilita a formação de fosfoenolpiruvato a partir de piruvato na gliconeogênese. Por meio do uso de grupos malonila ativados na síntese dos ácidos graxos e de acetato ativado em sua degradação, a célula torna os dois processos termodinamicamente favoráveis, apesar de um ser efetivamente o inverso do outro. A energia extra necessária para tornar a síntese dos ácidos graxos favorável é fornecida pelo ATP utilizado na síntese de malonil-CoA a partir de acetil-CoA e HCO3 Etapa ➋ Redução do grupo carbonila A acetoacetil-ACP formada na etapa de condensação sofre agora redução do grupo carbonil em C-3, formando D-b-hidroxibutiril-ACP. Essa reação é catalisada pela b-cetoacil-ACP-redutase (KR) e o doador de elétrons é o NADPH. Observe que o grupo D-b-hidroxibutiril não tem a mesma forma estereoisoméricaque o intermediário L-b- hidroxiacil na oxidação dos ácidos graxos. Etapa ➌ Desidratação Os elementos da água são agora removidos dos carbonos C-2 e C-3 da D-b-hidroxibutiril-ACP, formando uma ligação dupla no produto, trans-D2-butenoil- ACP. A enzima que catalisa essa desidratação é a b-hidroxiacil-ACP-desidratase (DH). Etapa ➍ Redução da ligação dupla Finalmente, a ligação dupla da trans-D2-butenoil-ACP é reduzida (saturada), formando butiril-ACP pela ação da enzima enoil-ACP-redutase (ER); mais uma vez, NADPH é o doador de elétrons. As reações da ácido graxo-sintase são repetidas para formar palmitato A produção de acil-ACP saturada, com quatro carbonos, marca a conclusão de uma rodada por meio do complexo de ácido graxo-sintase. Na etapa ➎, o grupo butirila é transferido do grupo ¬SH da fosfopanteteína da ACP para o grupo ¬SH de uma Cys da b-cetoacil-ACP-sintase, que sustentará inicialmente o grupo acetil. Para dar início ao próximo ciclo de quatro reações que alonga a cadeia em mais dois átomos de carbono (etapa ➏), outro grupo malonila liga-se ao grupo ¬SH da fosfopanteteína da ACP, agora desocupado .A condensação ocorre à medida que o grupo butirila, atuando como o grupo acetil no primeiro ciclo, é ligado aos dois átomos de carbono do grupo malonil-ACP, com a consequente perda de CO2. O produto desta condensação é um grupo acila com seis carbonos, covalentemente ligado ao grupo ¬SH da fosfopanteteína. Seu grupo b-cetônico é reduzido nas três etapas seguintes do ciclo da sintase, formando o grupo acila saturado, exatamente como no primeiro ciclo de reações, neste caso formando o produto de seis carbonos. Sete ciclos de condensação e redução produzem o grupo palmitoila de 16 carbonos saturados, ainda ligado à ACP. Por razões ainda não bem compreendidas, o alongamento da cadeia pelo complexo da sintase geralmente é interrompido neste ponto e o palmitato é liberado da ACP pela ação de uma atividade hidrolítica (tioesterase; TE) da proteína multifuncional. É possível considerar em duas etapas a reação global para a síntese do palmitato a partir de acetil-CoA. Primeiro, a formação de sete moléculas de malonil-CoA: 7 Acetil-CoA +7 CO2 + 7 ATP ¡ ----> 7 malonil-CoA + 7 ADP + 7Pi Em seguida, sete ciclos de condensação e redução: Acetil-CoA + 7 malonil-CoA + 14 NADPH + 14H------> palmitato + 7CO2 + 8 CoA + 14 NDP1 +6H2O Apenas seis moléculas de água são produzidas, porque uma é utilizada para hidrolisar a ligação tioéster entre o produto palmitato e a enzima. O processo global (a soma das Equações acima) é: 8 Acetil-CoA + 7 ATP + 14 NADPH +14H1------> palmitato + 8 CoA + 7ADP +7Pi + 14 ADP1 +6H2O Assim, a biossíntese dos ácidos graxos como o palmitato requer acetil-CoA e o fornecimento de energia química de duas formas: o potencial de transferência de grupos do ATP e o poder redutor do NADPH. O ATP é necessário para ligar o CO2 à acetil-CoA formando malonil-CoA; as moléculas de NADPH são necessárias para reduzir o grupo a-ceto e a ligação dupla. Em eucariotos não fotossintéticos existe um custo adicional para a síntese dos ácidos graxos, já que a acetil-CoA é gerada na mitocôndria e deve ser transportada para o citosol Como será visto, essa etapa extra consome dois ATP por molécula de acetil-CoA transportada, aumentando o custo energético da síntese dos ácidos graxos para três ATP por unidade de dois carbonos. Biossíntese de triacilgliceróis A maior parte dos ácidos graxos sintetizados ou ingeridos por um organismo possui um de dois destinos: a incorporação em triacilgliceróis para o armazenamento de energia metabólica ou a incorporação nos componentes fosfolipídicos da membrana. suprimento abundante de alimento, quando não é usada pelo organismo, a maior parte dos ácidos graxos para a síntese das gorduras de reserva. As duas vias iniciam no mesmo ponto: a formação de ésteres acil graxo de glicerol. Os triacilgliceróis e os glicerofosfolipídeos são sintetizados a partir dos mesmos precursores Os animais são capazes de sintetizar e estocar grandes quantidades de triacilgliceróis, para serem utilizados posteriormente como combustível. Os humanos estocam apenas algumas centenas de gramas de glicogênio no fígado e nos músculos, quantidade suficiente apenas para suprir as necessidades energéticas do corpo por 12 horas. Nos tecidos animais, os triacilgliceróis e os glicerofosfolipídeos, como a fosfatidiletanolamina, compartilham dois precursores (acil-CoA graxo e L-glicerol-3-fosfato) e diversas etapas biossintéticas. A grande maioria do glicerol-3-fosfato é derivada do intermediário glicolítico di- hidroxiacetona-fosfato (DHAP) pela ação da glicerol-3-fosfato-desidrogenase citosólica ligada ao NAD; no fígado e nos rins, uma pequena parte do glicerol-3-fosfato também é produzida a partir do glicerol pela ação da glicerol-cinase. Os outros precursores dos triacilgliceróis são acil- CoA graxos, formadas a partir dos ácidos graxos pelas acil-CoA -sintetases, as mesmas enzimas responsáveis pela ativação dos ácidos graxos na b-oxidação A primeira etapa na biossíntese dos triacilgliceróis é a acilação dos dois grupos hidroxila livres do L-glicerol-3-fosfato, por duas moléculas de acil-CoA graxo, gerando diacilglicerol-3-fosfato, mais comumente chamado de ácido fosfatídico ou fosfatidato. O ácido fosfatídico está presente apenas em quantidades muito pequenas na célula, mas é um intermediário central na biossíntese dos lipídeos; ele pode ser convertido tanto em um triacilglicerol quanto em um glicerofosfolipídeo. Na via de síntese de triacilgliceróis, o ácido fosfatídico é hidrolisado pelo ácido fosfatídico-fosfatase (também chamado lipina), formando 1,2-diacilglicerol. Os diacilgliceróis são, então, convertidos em triacilgliceróis por transesterificação com um terceiro acil-CoA graxo. A biossíntese de triacilgliceróis nos animais é regulada por hormônios Em humanos, a quantidade de gordura corpórea permanece relativamente constante por longos períodos, embora possam ocorrer pequenas variações em curto espaço de tempo, à medida que a ingestão calórica flutua. Os carboidratos, as gorduras ou as proteínas ingeridas em excesso à necessidade energética são armazenados na forma de triacilgliceróis, que podem ser mobilizados para o fornecimento de energia, capacitando o organismo a suportar períodos de jejum. A biossíntese e a degradação dos triacilgliceróis são reguladas de modo que a via favorecida depende das fontes metabólicas e das necessidades a um dado momento. A velocidade da biossíntese dos triacilgliceróis é profundamente alterada pela ação de diversos hormônios. A insulina, por exemplo, promove a conversão de carboidrato em triglicerídeos . O tecido adiposo gera glicerol-3-fosfato por meio da gliceroneogênese A gliceroneogênese é uma versão mais curta da gliconeogênese, partindo de piruvato a DHAP, seguindo-se a conversão de DHAP em glicerol-3-fosfato pela enzima citosólica glicerol-3-fosfato- desidrogenase ligada ao NAD. Depois, o glicerol-3-fosfato é utilizado na síntese de triacilglicerol. A gliceroneogênese desempenha múltiplas funções. No tecido adiposo, a gliceroneogênese, acoplada à reesterificação dos ácidos graxos livres, controla a velocidade de liberação dos ácidos graxos no sangue. No tecido adiposo marrom, a mesma via pode controlar a velocidade pela qual os ácidos graxos livres são enviados para a mitocôndria para utilização na termogênese. Nós seres humanos em jejum, a gliceroneogênese no fígado, sozinha, responde pela síntese de glicerol-3-fosfato suficiente para a reesterificação dos ácidos graxos em triacilglicerol. O fluxo pelo ciclo do triacilglicerol entre o fígado e o tecido adiposo é controlado em um grau elevado pela atividade da PEP-carboxicinase, a qual limita a velocidade de ambas, da gliconeogênesee da gliceroneogênese. Os hormônios glicocorticóides, como o cortisol (esteroide biológico derivado do colesterol) e a dexametasona (glicocorticoide sintético), regulam os níveis de PEP-carboxicinase reciprocamente, no fígado e no tecido adiposo. Atuando nos receptores de glicocorticóides, esses hormônios esteróides aumentam a expressão do gene que codifica a PEP-carboxicinase no fígado, aumentando a gliconeogênese e a gliceroneogênese. A estimulação da gliceroneogênese leva a um aumento na síntese de moléculas de triacilglicerol no fígado e a sua liberação na corrente sanguínea. Ao mesmo tempo, no tecido adiposo, os glicocorticóides suprimem a expressão do gene que codifica a PEP-carboxicinase, o que resulta em um decréscimo na gliceroneogênese no tecido adiposo. Como resultado, ocorre a diminuição da reciclagem dos ácidos graxos, e mais ácidos graxos livres são liberados no sangue. Assim, a gliceroneogênese é regulada reciprocamente no fígado e no tecido adiposo, afetando o metabolismo dos lipídeos de formas opostas: uma menor velocidade da gliceroneogênese no tecido adiposo leva a uma maior liberação de ácidos graxos (e não reciclagem), enquanto uma alta velocidade no fígado leva a uma maior síntese e exportação dos triacilgliceróis. O resultado líquido é um aumento no fluxo por meio do ciclo dos triacilgliceróis. Quando os glicocorticóides não estão mais presentes, o fluxo pelo ciclo diminui, já que a expressão da PEP-carboxicinase aumenta no tecido adiposo e diminui no fígado. Colesterol, esteróides e isoprenoides: biossíntese O colesterol é sem dúvida o lipídio que recebe maior publicidade, endo famoso devido à forte correlação entre altos níveis de colesterol no sangue e incidência de doenças cardiovasculares em humanos. Muito menos divulgado é o papel crucial do colesterol como um componente das membranas celulares e como um precursor dos hormônios esteróides e dos ácidos biliares. todas as células são capazes de sintetizá-lo a partir de precursores simples. A estrutura desse composto de 27 carbonos sugere uma via biossintética complexa, porém todos os seus átomos de carbono são fornecidos por um único precursor – o acetato. As unidades de isopreno, os intermediários essenciais na via partindo do acetato até o colesterol, também são precursores de muitos outros lipídeos naturais, e os mecanismos pelos quais as unidades de isopreno são polimerizadas são semelhantes em todas essas vias. O colesterol é formado a partir da acetil-CoA em quatro etapas O colesterol, assim como os ácidos graxos de cadeia longa, é formado a partir de acetil-CoA. A síntese ocorre em quatro estágios; ➊ condensação de três unidades de acetato, formando um intermediário de seis carbonos, o mevalonato; ➋ conversão do mevalonato em unidades de isopreno ativadas; ➌ polimerização das seis unidades de isopreno com 5 carbonos, formando o esqualeno linear, com 30 carbonos; e ➍ ciclização do esqualeno para formar os quatro anéis do núcleo esteroide, com uma série de mudanças adicionais (oxidações, remoção ou migração de grupos metil) para produzir o colesterol. Estágio ➊ Síntese do mevalonato a partir de acetato. O primeiro estágio na biossíntese do colesterol leva ao intermediário mevalonato. Duas moléculas de acetil-CoA condensam-se para formar acetoacetil-CoA, que se condensa com uma terceira molécula de acetil--CoA, gerando o composto de seis carbonos b-hidroxi- -b-metilglutaril-CoA (HMG-CoA). As duas primeiras reações são catalisadas pela acetil-CoA-acetiltransferase e pela HMG-CoA-sintase, respectivamente. A HMG- CoA-sintase citosólica dessa via é distinta da isoenzima mitocondrial, que catalisa a síntese de HMG-CoA na formação de corpos cetônicos. A terceira reação é o passo comprometido com a via: a redução de HMG-CoA em mevalonato, para o qual cada uma de duas moléculas de NADPH doa dois elétrons. AHMG-CoA-redutase, proteína integral de membrana do RE liso, é o principal ponto de regulação da via do colesterol, como será visto. Estágio ➋ Conversão de mevalonato em dois isoprenos ativados. No próximo estágio da síntese de colesterol, três grupos fosfato são transferidos de três moléculas de ATP para o mevalonato. O fosfato ligado ao grupo hidroxil em C-3 do mevalonato no intermediário 3-fosfo-5- pirofosfomevalonato é um bom grupo de saída; na próxima etapa, tanto este fosfato quanto o grupo carboxila vizinho saem, produzindo uma ligação dupla no produto de cinco carbonos, o D3- isopentenil-pirofosfato. Esse é o primeiro dos dois isoprenos ativados centrais para a formação do colesterol. A isomerização do D3-isopentenil-pirofosfato gera o segundo isopreno ativado, o dimetilalil- pirofosfato. Estágio ➌ Condensação de seis unidades de isopreno ativadas para formar esqualeno. O isopentenil-pirofosfato e o dimetilalil-pirofosfato sofrem, agora, uma condensação “cabeça com cauda”, em que um grupo pirofosfato é deslocado, sendo formada uma cadeia de 10 carbonos, o geranil-pirofosfato. (A “cabeça” é a extremidade na qual o pirofosfatoestá ligado.) O geranil- pirofosfato sofre outra condensação do tipo “cabeça com cauda” com o isopentenil-pirofosfato, gerando um intermediário de 15 carbonos, o farnesil-pirofosfato. Finalmente, duas moléculas de farnesil-pirofosfato ligam-se cabeça com cabeça, com a eliminação de ambos os grupos pirofosfato, formando o esqualeno. Estágio ➍ Conversão do esqualeno no núcleo esteroide de quatro anéis. Quando a molécula de esqualeno, torna-se evidente a relação entre a sua estrutura linear e a estrutura cíclica dos esteróis. Todos os esteróis têm os quatro anéis fundidos que formam o núcleo esteroide, e todos são alcoóis, com um grupo hidroxil em C-3 – daí o nome “esterol”. A atividade da esqualeno monoxigenase adiciona um átomo de oxigênio do O2 à extremidade da cadeia do esqualeno, formando um epóxido. NADPH reduz o outro átomo de oxigênio do O2 a H2O. As ligações duplas do produto, o esqualeno- 2,3-epóxido, estão posicionadas de modo que uma notável reação em concerto é capaz de converter o esqualeno epóxido linear em uma estrutura cíclica. Nas células animais, essa ciclização resulta na formação de lanosterol, que contém os quatro anéis característicos do núcleo esteróide. O lanosterol é finalmente convertido em colesterol em uma série de aproximadamente 20 reações, que incluem a migração de alguns grupos metil e a remoção de outros. REFERÊNCIA Nelson, David L. Princípios de bioquímica de Lehninger [recurso eletrônico] / David L. Nelson, Michael M. Cox ; [tradução: Ana Beatriz Gorini da Veiga ... et al.] ; revisão técnica: Carlos Termignoni ... [et al.]. – 6. ed. – Dados eletrônicos. – Porto Alegre : Artmed, 2014.
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