25/10/2014

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Curso: Cincias Biolgicas

Prof. Jeandre Augusto Jaques

A oxidao de cidos graxos (AG) de cadeia longa a acetil-CoA uma via central de produo de energia em muitos organismos e tecidos.

No corao e no fgado dos mamferos, por exemplo, ela fornece at 80% das necessidades energticas em todas as circunstncias fisiolgicas.

No fgado, a acetil-CoA pode ser convertida a corpos cetnicos combustveis hidrossolveis exportados para o crebro e outros tecidos quando a glicose no est disponvel.

O mecanismo da oxidao dos cidos graxos essencialmente o mesmo nos diversos organismos: o processo repetitivo de quatro etapas, chamado de -oxidao, por meio do qual os cidos graxos so convertidos a acetil-CoA.

Triacilgliceris (TAG) combustveis de armazenamento:

Cadeias longas de alquil dos seus cidos graxos altamente reduzidas. Possuem uma energia de oxidao completa mais de 2x

maior que a produzida pela mesma massa de carboidratos.

Extrema insolubilidade dos lipdeos na gua. Os TAG se agregam em gotculas lipdicas, que no

aumentam a osmolaridade do citosol e no so solvatadas.

Nos polissacardeos de armazenamento, ao contrrio, a gua de solvatao pode ser responsvel por 2/3 do peso total das molculas armazenadas.

No entanto, os TAG apresentam problemas em seu papel como combustveis:

Por serem insolveis em gua, os triacilgliceris ingeridos devem ser emulsificados antes que possam ser digeridos por enzimas hidrossolveis no intestino.

Os triacilgliceris absorvidos no intestino ou mobilizados dos tecidos de armazenamento devem ser carregados no sangue ligados a protenas que neutralizem a sua insolubilidade.

A oxidao completa dos cidos graxos a CO2 e H2O ocorre em trs etapas:

A oxidao dos cidos graxos de cadeia longa a fragmentos de dois carbonos, na forma de acetil-CoA (-oxidao);

A oxidao de acetil-CoA a CO2 no ciclo do cido ctrico;

Transferncia de eltrons dos transportadores de eltrons reduzidos cadeia respiratria mitocondrial.

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Unidade I Digesto, mobilizao e transporte de gorduras;

Unidade II Catabolismo de lipdeos (liplise);

Unidade III Anabolismo de lipdeos (lipognese).

1. Digesto de gorduras da dieta;

2. Mobilizao e transporte de gorduras.

As clulas podem obter combustveis de cidos graxos de trs fontes:

Gorduras na dieta;

Armazenadas em clulas como gotculas de lipdeo;

Sintetizadas em um rgo para exportao a outro.

Os vertebrados, por exemplo, obtm gorduras na dieta, mobilizam gorduras armazenadas em tecidos especializados (tecido adiposo adipcitos) e, no fgado, convertem o excesso dos carboidratos da dieta em gordura para exportao aos demais tecidos.

1) Micelas mistas- Nos vertebrados, antes que os TAGs possam ser absorvidos atravs da parece intestinal, eles precisam ser convertidos de partculas de gordura macroscpicas insolveis em micelas microscpicas finamente dispersas.

Essa solubilizao realizada pelos sais biliares que so compostos anfipticos que atuam como detergentes biolgicos, convertendo as gorduras da dieta em micelas mistas de sais biliares e triacilgliceris.

2) Lipases intestinais - A formao de micelas aumenta o acesso das molculas de lipdeo ao das lipases hidrossolveis no intestino, e a ao das lipases converte os TAG em monoacilgliceris e diacilgliceris, cidos graxos livres e glicerol.

3) Absoro - Esses produtos da ao da lipase se difundem para dentro das clulas epiteliais que revestem a superfcie intestinal (a mucosa intestinal).

4) Quilomcrons - Na mucosa intestinal, eles so convertidos em TAG e empacotados com o colesterol da dieta e protenas especficas em agregados de lipoprotenas chamados de quilomcrons.

5) Sistema linftico - As pores proteicas das lipoprotenas so reconhecidas por receptores nas superfcies celulares. Na absoro de lipdeos no intestino, os quilomcrons, que contm a apolipoprotena C-II (apoC-II), se deslocam da mucosa intestinal para o sistema linftico e ento entram no sangue, que os carrega para os msculos e o tecido adiposo.

6) Lipase lipoproteica - Nos capilares desses tecidos, a enzima extracelular lipase lipoproteica, ativada pela apoC-II hidrolisa os TAGs em AGs e glicerol.

7) Absoro - O glicerol e os AGs so absorvidos pelas clulas nos tecidos-alvo.

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8) Oxidao - no msculo, os AG so oxidados para obter energia;

Reesterificao - no tecido adiposo, eles so reesterificados para armazenamento na forma de TAG.

As gorduras da dieta so absorvidas no intestino delgado

Os lipdeos so armazenados especialmente nos adipcitos na forma de gotculas lipdicas, com um centro de steres de esteris e TAG envoltos por uma monocamada de fosfolipdeos.

A superfcie dessas gotculas revestida com perilipinas, uma famlia de protenas que restringem o acesso s gotculas lipdicas.

1) Hormnios - sinalizam a necessidade de energia e os TAG armazenados no tecido adiposo so mobilizados e transportados aos tecidos (musculatura esqueltica, corao e crtex renal) nos quais os AG podem ser oxidados para a produo de energia.

2) Adenilil-ciclase produz o segundo mensageiro intracelular AMPc quando ativada pelos hormnios adrenalina e glucagon, secretados em resposta aos baixos nveis de glicose no sangue.

3-4) PKA (protena-cinase dependente de AMPc) - fosforila a perilipina A e a lipase sensvel a hormnio ( 23x atividade) no citosol.

O aumento de mais de 50x na mobilizao de gorduras desencadeado pela adrenalina devido principalmente fosforilao da perilipina.

5) Lipase sensvel a hormnio uma vez fosforilada, se desloca at a gotcula de lipdeo, onde ela hidrolisa os TAG em AG e glicerol.

6) Albumina medida que a lipase sensvel a hormnio hidrolisa o TAG nos adipcitos, os AG assim liberados passam dos adipcitos ao sangue, onde eles se ligam protena albumina srica (serca da da protena srica total).

* Ligados essa protena solvel, os cidos graxos que de outra maneira seriam insolveis so transportados aos tecidos como o msculo esqueltico, o corao e o crtex renal.

7) Captao dos AG Nos tecidos alvo, os AG se dissociam da albumina e so levados por transportadores da membrana plasmtica para dentro das clulas

8) Oxidao no micito, por exemplo, os AG so oxidados para servir de combustvel para as diversas funes celulares.

Mobilizao dos TAGs armazenados no

tecido adiposo. Quando os baixos nveis

de glicose no sangue ativam a liberao

de glucagon, 1 o hormnio se liga ao seu

receptor na membrana do adipcito e

assim 2 estimula a adenilil-ciclase, via

uma protena G, a produzir AMPc. Isso

ativa a PKA, que fosforila 3 a lipase

sensvel a hormnio e 4 as molculas de

perilipina na superfcie da gotcula

lipdica. A fosforilao da perilipina

permite que a lipase sensvel a

hormnio tenha acesso superfcie da

gotcula lipdica, onde 5 ela hidrolisa os

TAG a AG livres. 6 Os AG saem do

adipcito, se ligam albumina srica no

sangue e so transportados no sangue;

eles so liberados da albumina e 7

entram em um micito por meio de um

transportador especfico de AG. 8 No

micito, os AGs so oxidados a CO-2, e a

energia da oxidao conservada em

ATP, que abastece a contrao muscular

e outros tipos de metabolismo que

necessitam de energia no micito.

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Cerca de 95% da energia biologicamente disponvel dos TAG residem nas suas trs cadeias longas de AG;

Apenas 5% so fornecidos pela poro glicerol. O glicerol liberado pela ao da lipase convertido em gliceraldedo-3-fosfato, que oxidado na gliclise.

A entrada do glicerol na via

glicoltica. O glicerol liberado pela

ao da lipase fosforilado pela

glicerol-cinase, e o glicerol-3-fosfato

resultante oxidado a

diidroxiacetona-fosfato. A enzima

glicoltica triose-fosfato-isomerase

converte esse composto em

gliceraldedo-3-fosfato, que

oxidado na gliclise.

3. Circuito da carnitina;

4. Oxidao de cidos graxos;

5. Produo de corpos cetnicos.

As enzimas da oxidao de AG nas clulas animais esto localizadas na matriz mitocondrial.

Os AG com comprimento de cadeia de 12 carbonos ou menos entram na mitocndria sem a ajuda de transportadores de membrana.

Aqueles com 14 carbonos ou mais, que constituem a maioria dos AG livres obtidos na dieta ou liberados do tecido adiposo, no conseguem passar diretamente atravs das membranas mitocondriais.

Precisam ser ativados e transportados para dentro das mitocndrias atravs das 3 reaes do circuito da carnitina.

Circuito da carnitina

1 reao Catalisada por uma famlia de isoenzimas (para AG

de cadeia curta, intermediria ou longa).

Acil-CoA-sintetases

cido graxo + CoA + ATP acil-graxo-CoA + AMP + PPi

Formao de uma ligao tioster entre o grupo carboxil do AG e o grupo SH da CoA para produzir uma acil graxo-CoA, acoplada clivagem de ATP em AMP e PPi.

*Os steres de acil graxo-CoA formados no lado citoslico da membrana externa da mitocndria podem ser transportados para dentro da mitocndria e oxidados para produzir ATP, ou podem ser utilizados no citosol para sintetizar lipdeos de membrana

Circuito da carnitina

2 reao

A acil graxo-CoA transesterificada com a carnitina pela carnitina-acil-transferase I.

Os AG destinados oxidao mitocondrial esto transitoriamente ligados ao grupo hidroxil da carnitina, formando acil graxo-carnitina.

O ster de acil graxo-carnitina ento entra na matriz por meio do transportador acil-carnitina/carnitina da membrana mitocondrial interna.

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Circuito da carnitina

3 reao

No ltimo passo do circuito da carnitina, o grupo acil graxo enzimaticamente transferido da carnitina para a coenzima A intramitocondrial pela carnitina-acil-transferase II.

A carnitina retorna ao espao intermembrana por meio do transportador acil-carnitina/carnitina.

A converso ao ster de carnitina compromete a poro acil graxo com o destino oxidativo.

A carnitina-aciltransferase I inibida por malonil-CoA, o primeiro intermedirio na sntese de AGs. Essa inibio evita a sntese e a degradao simultneas dos AGs.

A oxidao mitocondrial dos AG ocorre em trs etapas:

1 etapa

Na -oxidao, os cidos graxos sofrem remoo oxidativa de sucessivas unidades de dois carbonos na forma de acetil-CoA, comeando pela extremidade carboxlica da cadeia de acil graxo.

A formao de cada acetil-CoA requer a remoo de quatro tomos de hidrognio (4 pares de eltrons e quatro H+ da poro acil graxo pelas desidrogenases).

2 etapa

Os grupos acetil da acetil-CoA so oxidados a CO2 no ciclo do cido ctrico, que tambm ocorre na matriz mitocondrial (via comum acetil-CoA derivada da gliclise).

3 etapa

Os transportadores de eltrons NADH e FADH2 doam eltrons para a cadeia respiratria mitocondrial, por meio da qual os eltrons passam para o O2 com a concomitante fosforilao de ADP a ATP.

Quatro reaes catalisadas por enzimas constituem a primeira etapa da oxidao de cidos graxos:

Desidrogenao

Hidratao

Desidrogenao

Tilise

1 reao (desidrogenao)

Enzima: acil-CoA desidrogenase (adiciona ligao =)

Grupo prosttico FAD/(FTE*) FADH2 FTE:Q oxidorredutase Coenzima Q.

Flavoprotena Transferidora de Eltrons.

1 reao

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2 reao (hidratao)

Enzima: enoil-CoA-hidratase.

gua adicionada ligao dupla.

3 reao (desidrogenao)

Enzima: -hidroxiacil-CoA-desidrogenase.

NAD+ NADH Complexo I.

2 reao

3 reao

4 reao

Enzima: tiolase.

Promove a reao da -cetoacil-CoA com uma molcula de CoA livre para separar o fragmento de dois carbonos da extremidade carboxlica do AG original como acetil-CoA.

O outro produto o tioster de CoA do AG, agora encurtado em dois tomos de carbono.

4 reao tilise

A via da -oxidao. Em cada

passagem atravs dessa

sequncia de quatro passos, um

resduo acetil (sombreado em

rosa) removido na forma de

acetil-CoA da extremidade

carboxlica da cadeia acil graxo.

1 reao

2 reao

3 reao

4 reao

Cada passagem pelas 4 reaes:

Acetil-CoA

Remoo de 2 pares de eltrons (NADH e FADH2)

Encurtamento do AG em 2C

Grupo acil-CoA (substrato):

Outro conjunto de 4 reaes ...

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-C-S-CoA

S-CoA O

Aps 7 passagens pela -oxidao

(7) FADH2 2e- 1,5 ATP

(7) NADH 2e- 2,5 ATP

4 ATPs por ciclo da -oxidao !!!

A acetil-CoA produzida a partir da oxidao de AG pode ser oxidada a CO2 e H2O pelo ciclo do cido ctrico.

Ativao do palmitato a palmitoil-CoA

ATP AMP + PPi

Equivalente a 2 ATPs para ativao

Ganho lquido (palmitato): 106 ATPs

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Produo de ATP durante a oxidao de uma molcula de palmitoil-CoA em CO2 e H2O

Enzima que catalisa o passo de oxidao N de ATP/enzima reduzida formado(s)

diretamente

N de ATP formados no

final*

Acil-CoA-desidrogenase 7 FADH2 10,5

-Hidroxiacil-CoA-desidrogenase 7 NADH 17,5

Isocitrato-desidrogenase 8 NADH 20

-cetoglutarato-desidrogenase 8 NADH 20

Succinil-CoA-sintetase ATP 8

Succinato-desidrogenase 8 FADH2 12

Malato-desidrogenase 8 NADH 20

SUBTOTAL 108

Acil-CoA-sintetase (Circuito da carnitina) -2

TOTAL 106

A maioria dos AGs nos triacilgliceris e fosfolipdeos de animais e plantas insaturada, tendo uma ou mais ligaes duplas.

Ligaes na configurao cis no sofrem a ao da enoil-CoA-hidratase (2 reao) - adio de H2O s ligaes duplas trans da 2-enoil-CoA.

Duas enzimas auxiliares so necessrias para a -oxidao dos AG insaturados comuns:

Uma isomerase e uma redutase!

Oxidao de um AG monoinsaturado

A enzima auxiliar 3,2-enoil-CoA-isomerase isomeriza a cis-3-enoil-CoA a trans-2-enoil-CoA. Esse intermedirio ento sofre a ao das enzimas restantes da -oxidao para produzir acetil-CoA e o ster de coenzima A de um cido graxo saturado com 2 carbonos a menos.

Corrige a configurao da ligao dupla!

Oxidao de um cido graxo poli-insaturado

A outra enzima auxiliar (uma redutase) necessria para a oxidao de cidos graxos poliinsaturados. A ao combinada da 2,4-dienoil-CoA-redutase e da enoil-CoA-isomerase permite a reentrada desse intermedirio na via da -oxidao Corrige a a posio e a configurao da ligao dupla!

A maioria dos lipdeos de ocorrncia natural!

Iniciam a -oxidao da mesma forma.

O problema o AG produto da ltima -oxidao.

Acetil-CoA Ciclo do cido ctrico, ...

Propionil-CoA (3 carbonos) O que fazer?

Entra em uma via diferente, envolvendo 3 enzimas.

Oxidao da propionil-CoA produzida

pela -oxidao de AG de cadeia de

nmero mpar. A sequncia envolve a

carboxilao da propionil-CoA em D-

metilmalonil-CoA e a converso dessa

ltima em succinil-CoA. Essa converso

requer a epimerizao da D- a L-

metilmalonil-CoA, seguida por uma

reao notvel na qual os substituintes

em tomos de carbono adjacentes

trocam de posio.

Aps a carboxilao, e duas

isomerizaes, o produto o

succinil-CoA, que pode entrar no

ciclo do cido ctrico!

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No fgado, a acil graxo-CoA formada no citosol tem duas vias principais abertas para si:

1. -oxidao por enzimas na mitocndria,

2. Biossntese de AG e converso em TAGs e fosfolipdeos por enzimas do citosol.

A via tomada depende da taxa de transferncia de acil graxos-CoA para dentro da mitocndria.

O circuito da carnitina o limitante para a oxidao de AG, sendo um ponto de regulao importante.

A malonil-CoA biossntese de AG - tem sua concentrao aumentada quando o animal est bem suprido de carboidratos e inibe a carnitina-aciltransferase I.

Regulao coordenada da sntese e da degradao dos AG. Duas enzimas so essenciais na coordenao do

metabolismo dos cidos graxos: a acetil-CoA-carboxilase (ACC), a primeira enzima na sntese dos AG, e a carnitina-

acil-transferase I, que limita o transporte de AG para dentro da matriz mitocondrial para a -oxidao. A ingesto de

uma dieta rica em carboidratos aumenta o nvel de glicose no sangue e, portanto, (1) ativa a liberao de insulina.

(2) A protena-fosfatase dependente de insulina desfosforila a ACC, ativando-a. (3) A ACC catalisa a formao de

malonil-CoA ( o primeiro intermedirio da sntese de AG), e (4) a malonil-CoA inibe a carnitina-acil-transferase I,

impedindo assim a entrada de AG na matriz mitocondrial. Quando os nveis de glicose no sangue baixam entre as

refeies, (5) a liberao de glucagon ativa a protena-cinase dependente de AMPc (PKA) que (6) fosforila e inativa a

ACC. A concentrao de malonil-CoA baixa, a inibio da entrada de AG na matriz mitocondrial aliviada, e (7) os

AG entram na matriz mitocondrial e (8) tornam-se o principal combustvel.

Nos humanos e na maioria dos outros mamferos, a acetil-CoA formada no fgado durante a oxidao de AG pode entrar no ciclo do cido ctrico ou sofrer converso a corpos cetnicos para exportao para outros tecidos:

Acetona

Acetoacetato

D--hidroxibutirato

Acetil-CoA

A acetona, produzida em quantidades menores que os outros corpos cetnicos, exalada.

O acetoacetato e o D--hidroxibutirato.

Tecidos extra-hepticos

Convertidos em acetil-CoA

Ciclo do cido ctrico

Msculo esqueltico, cardaco, crtex renal

Jejum prolongado: acetoacetato e D--hidroxibutirato so muito importantes para o encfalo.

Formao dos corpos cetnicos

1 passo condensao

Enzima: tiolase (inverso do ltimo passo da -oxidao)

2 Acetil-CoA acetoacetil-CoA + CoA

2 passo condensao

Enzima: HMG-CoA sintase acetoacetil-CoA + Acetil-CoA HMG-CoA

3 passo clivagem

Enzima: HMG-CoA liase

HMG-CoA Acetoacetato + Acetil-CoA

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ACETOACETATO D--HIDROXIBUTIRATO

ACETONA

NADH NAD+

Formao de corpos cetnicos a partir de acetil-CoA. Pessoas

saudveis e bem nutridas produzem corpos cetnicos a uma

taxa relativamente baixa. Quando a acetil-CoA se acumula

(como no jejum prolongado ou diabete no tratado, p.ex.) a

tiolase catalisa a condensao de duas molculas de acetil-CoA

em acetoacetil-CoA, o composto que origina os 3 corpos

cetnicos. As reaes da formao de corpos cetnicos ocorrem

na matriz das mitocndrias no fgado.

O composto de 6 carbonos -hidroxi-metilglutaril-CoA (HMG-

CoA) tambm um intermedirio da biossntese de esteris,

mas a enzima que forma HMG-CoA naquela via citoslica. A

HMG-CoA-liase est presente somente na matriz mitocondrial.

Oxidao dos corpos cetnicos

Desidrogenao

Enzima: D--hidroxibutirato-desidrogenase D--hidroxibutirato acetoacetato + NADH

Ativao/esterificao com a Coenzima A (CoA)

Enzima: -cetoacil-CoA-transferase (ou tioforase) acetoacetato + Succinil-CoA acetoacetil-CoA

Clivagem/tilise

Enzima: tiolase

Acetoacetil-CoA 2 Acetil-CoA

D--hidroxibutirato como combustvel. O D--

hidroxibutirato, sintetizado no fgado, passa para

o sangue e, portanto, para outros tecidos, onde

convertido a acetil-CoA em trs passos. Ele

primeiro oxidado a acetoacetato, que ativado

com a coenzima A doada pela succinil-CoA, e

ento quebrado pela tiolase. A acetil-CoA assim

formada utilizada para a produo de energia.

TIOFORASE

Os corpos cetnicos so utilizados como combustveis em todos os tecidos com exceo do fgado, que no possui tioforase.

O fgado , portanto, um produtor de corpos cetnicos para os outros tecidos, mas no um consumidor!

Durante o jejum prolongado, a gliconeognese acaba com os intermedirios do ciclo do cido ctrico.

Desta forma, o fgado desvia a acetil-CoA para a produo de corpos cetnicos.

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JEJUM Hormnio A___ P__ ACC__ ____________-CoA Carnitina acil-transferase!

Oxaloacetato e outros intermedirios

Acetil-CoA

Acelera a formao de corpos cetnicos

Capacidade de oxidao pelos tecidos extra-hepticos

acetoacetato e -OH-butirato

pH sanguneo cetoacidose

Formao de corpos cetnicos e

exportao a partir do fgado. As

condies que promovem a

gliconeognese (diabete no tratado,

reduo na ingesto de alimento)

desaceleram o ciclo do cido ctrico (pelo

consumo de oxaloacetato) e aumentam a

converso de acetil-CoA em

acetoacetato. A coenzima A liberada

permite a -oxidao continuada de AGs.