acidos graxos
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Metabolismo de Ácidos Graxos
Profa. Dra. Aline Maria da Silva
Departamento de Bioquímica
Instituto de Química- USP
Ácidos graxos:
Grupo carboxila
Cadeia carbônica
Estearatoforma ionizada do ácido esteárico (18 carbonos)
Oleatoforma ionizada do ácido oleico
(18 carbonos, 1 insaturação em configuração cis)
Ácidos carboxílicos com cadeia carbônica longa (14 a 24 carbonos) sem ramificações, contendo ou não insaturações.
Ácido mirístico
Ácido palmítico
Ácido esteárico
Ácido palmitoleico
Ácido oleico
Ácido linoleico(família ômega-6)
Ácido α-linolênico(família ômega-3)
Ácidos graxos ômega-3
Carbono ω
Glicerol
triacilglicerol
1-estearoil, 2-linoleil, 3-palmitoil- glicerol
Os ácidos graxos são armazenados como triacilgliceróis
Os triacilgliceróis são reservas altamente concentradas de energia metabólica porque são reduzidos e anidros.
Micrografia eletrônica de uma adipócito: uma pequena faixa de citoplasma circunda o enorme depósito de triacilgliceróis.
• As células adiposas são especializadas para síntese e armazenamento de triacilgliceróis.
• Os triacilgliceróis são apolares e por isto são armazenados em forma quase anidra (sem água).
• As reservas de triacilgliceróispodem sustentar energeticamente as funções biológicas por várias semanas.
Nutrientes ricos em energia
CarboidratosProteínasLipídios
Catabolismo
Produtos pobres em
energia
CO2H20NH3
Macromoléculas
ProteínasPolissacarídeosLipidiosÁcidos Nucleicos
Moléculas precursoras
AminoácidosAçucaresÁcidos graxosBases nitrogenadas
Anabolismo
energia química
O rendimento da oxidação de ácidos graxos é ~9kcal/g enquanto que carboidratos e proteínas rendem ~4kcal/g.
Catabolismo
Anabolismo
Acetil-CoA
fosfolipídios
Triacilgliceróis Ácidos graxos
Acetoacetil-CoA
Ácidos graxos
fosfolipídios
Triacilgliceróis
Glicogênio
Fontes de Ácidos Graxos: Dieta, Estoque de gorduras, Síntese de outras fontes
As gorduras da dieta são digeridas no estômago e intestinodelgado por lipases gástrica e pancreática
Depois da ingestão, ostriacilgliceróis (TAG) sãoemulsificados pelos sais biliares(incorporados em micelas quefacilitam a açao das lipases).
Os principais produtos da ação das lipases são 2-monoacilgliceróis e ácidos graxos livres que sãoabsorvidos pelas célulasepiteliais que revestem o intestino delgado
Ácidos biliares como o glicolato atuam como
detergentes.
triacilglicerol diacilglicerol monoacilglicerol
Os 2-monoacilgliceróis e ácidos graxos livres são absorvidos pelas células epiteliais que revestem o intestino delgado e são reconvertidos em TAG que são empacotados com proteínasespecíficas e colesterol da dieta em quilomicrons.
Triacilgliceróis
Monoacilgliceróis
Ácidos graxos
Triacilgliceróis
Outros lipídios, proteínas
Quilomicrons Sistemalinfático
Célula da mucosa epitelial
Sangue
• Tecido adiposo• Músculo
QuilomícronApoliproteínas
ColesterolFosfolipídios
Triacilgliceróis
Lipídios ingeridosda dieta
1 Emulsificação com sais biliares formandomicelas mistas
Lipases intestinaisdegradam TAG Mucosa intestinal
Ácidos graxos e monoacilglicerol sãoabsorvidos pelamucosa intestinal e reconvertidos em TAG
Formação dos quilomicrons
Quilomicronsmovem-se atravésdo sistema linfático e sanguíneo para ostecidos
Ativação da lipoproteínalipase
Ácidos graxosentram nas células
Ácidos graxos sãooxidados ou re-esterificados paraarmazenamento
Miócito ouadipócito
Vesícula biliar
Intestinodelgado
Capilares
O fígado é outra fonte de ácidosgraxos livres no estadoalimentado. Os ácidos graxos sãoprovenientes do excesso de carboidratos e aminoácidos.
Esses ácidos graxos são ligadosem TAG e acondicionados emVLDL (lipoproteína de densidademuito baixa), que é secretada nacorrente sanguínea.
Estado alimentado
TAG em quilomicrons e VLDL são hidrolisados por lipases localizada nasuperfície de células endoteliais de capilares de tecidos, como o adiposo e músculo esquelético.
A apoproteína ApoC-II (apo = lipoproteína na sua forma livre de lipídio), encontrada em quilomicrons e em VLDL, ativa esse processo.
Quilomicrons dãoaparência leitosa
Plasma sanguíneoapós jejum
Plasma sanguíneo
após refeição
Hormônios sinalizam a mobilização de gorduras armazenada
• Os hormônios adrenalina (epinefrina) e glucagon, secretados quando a glicemia está baixa ativam a liberação de ácidos graxos dos triacilgliceróis.
• Os ácidos graxos liberados dos adipócitos vão para corrente sanguínea onde ligam-se a albumina.
• Os ácidos graxos são transportados para tecidos como músculo, coração e córtex renal.
Adenililciclase
Proteína quinase A
Proteína quinase A Outras lipases
Ácidos graxos livres
Hormônios (glucagon, adrenalina) sinalizam a mobilização de gorduras armazenada
Hepatócito
Ácidos graxos livres
triacilglicerol
glicerol
Lipase
Outros tecidos
Glicerol
Glicerolquinase
Glicerol 3-fosfato
Glicerol 3-fosfato
desidrogenase Diidroxiacetonafosfato
Triose fosfato isomerase
Gliceraldeído3-fosfato
(Glicólise)
O glicerol não pode ser aproveitado pelos adipócitos que não tem glicerol quinase. É liberado na circulação. No fígado e em outrostecidos é convertido em diidroxiacetona fosfato.
Degradação dos ácidos graxos
• Por ser a ligação C-C nos ácidos graxos relativamente estável, eles tem que ser ativados antes da degradação (oxidação).
• O AG é convertido em acil-CoA em reação de 2 passos pela acil-CoA sintetase.
• Os acil-CoA são compostos ricos em energia.
• A ligação tioéster é formada as custas da quebra de uma ligação anidrido fosfórico ATP → AMP +PPi
• O pirofosfato é hidrolisado a 2 Pi numa reação irreversível, que torna o processo todo irreversível
acil-CoA sintetase
O ácido graxo é convertido em acil-CoA em reação de 2 passospela acil-CoA sintetase
ácido graxo
acil-CoAsintetase
acil-adenilato(ligado a enzima)
acil-CoAsintetase
acil-CoA
pirofosfato
pirofosfatase
Ligação tioéster entre a carboxila do ácido graxo e o grupo SH da CoA
Coenzima A
Grupo tiolreativo
Os ácidos graxos ativados são transportados para a matrizmitocondrial através de sua ligação a carnitina.
Carnitina ésintetizada a partir de aminoácidos
Carnitina acil-transferase I
Translocase
Carnitina acil-transferase II
Membranamitocondrial externa
Membranamitocondrial interna
Reação de β-oxidação: na matriz mitocondrialacil-CoA é oxidada aacetil-CoA produzindoNADH e FADH2
Ciclo do ácidocítrico
Cadeia de transporte de
elétrons
8 acetil-CoA
C16
β-oxidação
1- Oxidação de acil-CoA a enoil-CoA
2- Hidratação da duplaformando 3-hidroxiacil-CoA
3-Oxidação do grupo hidroxila do carbono βformando carbonila
4-cisão da β-cetoacil-CoA poruma reação com umamolécula de CoA: encurtamento de dois átomosde carbono
(C14) acil-CoAmiristoil-CoA
β-cetoacil-CoA
L-β-hidroxi-acil-CoA
enoil-CoA
palmitoil-CoA
Acil-CoAdesidrogenase
enoil-CoAhidratase
tiolase
β-hidrociacil-CoAdesidrogenase
Primeiras três rodadas na degradação do palmitato.
Palmitoil-CoA (16 C) + 7CoA + 7FAD+ 7NAD+ + 7 H2O
8 Acetil CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7H+
Rendimento de ATP durante a oxidação de uma molécula de palmitoil-CoA a CO2 e H2O
Enzima: etapa de oxidação
Número de NADH ou FADH2 formado
ATP formado*
* Estes cálculos assumem que a fosforilação oxidativa mitocondrialproduz 1,5 ATP por FADH2 oxidado e 2,5 ATP por NADH oxidado.
O GTP produzido nesta etapa rende 1 ATP em uma reação catalisada pela nucleosídeo difosfato quinase.
- ATP da ativação do palmitato (2 ligações ricas em energia) = 2 ATP = 106
A oxidação de ácidos graxos insaturados requer enzimasadicionais.
Os AG insaturados sãocomuns em tecidosanimais e vegetais e suas configurações sãoquase sempre cis
Oleil-CoA3 ciclos de β-oxidação
Enoil-CoAisomerase
5 ciclos de β-oxidaçãoOs AG poliinsaturados
requerem outrasisomerases e redutases.
Ácidos graxos com número ímpar de carbonos (raros!) são oxidados do mesmo modo que os de cadeia de número par, exceto quanto à produção de propionil CoA e acetil CoA no último ciclo da β-oxidação.
propionil CoA D-metilmalonil CoA L-metilmalonil CoA
Succinil CoA
Ciclo de Krebs
propionil CoA carboxilase
metilmalonil CoA mutase – cobalamina (vitamina B12)
Quando predomina a degradação de lipídios ocorre a
formação de corpos cetônicos.A entrada de acetil-CoA no ciclo de Krebs depende da disponibilidade de oxaloacetato, que diminui quando nãohá glicose disponível.Oxaloacetato é formado a partir de piruvato. No jejum ou diabetes, oxaloacetato é usado para formar glicose, e não está disponível para condensação com acetil-CoA.
acetoacetil-CoA 3-hidroxi-3 metil-glutaril CoA
acetoacetato acetona
D-3-hidroxi-butirato
tiolase
Hidroximetilglutaril coA
sintase
Hidroxi butiratodesidrogenase
Enzima de clivagem
Piruvato carboxilase
Os corpos cetônicosproduzidos no fígado caem na corrente sanguínea.
Nas mitocôndrias do músculo cardíaco, cortéxrenal e outros tecidos, oscorpos cetônicos sãoconvertidos em acetoacetatoque é utilizado como fontede energia
Durante o jejum prolongado e no diabetes, o cérebro se adapta a utilização de corpos cetônicos com fonte de energia.
β-cetoacil transferaseausente no fígado
Cetose= elevada concentração deCorpos cetônicos no plasma (cetonemia) ena urina (cetonúria)Cetonemia resulta em acidose
Se carboidratos, gorduras e proteínas são consumidos emquantidades que excedam as necessidades energéticas, o excesso será armazenado na forma de triacilgliceróis.
Síntese de ácidos graxos
A síntese de ácidos graxos ocorre no CITOSSOL das células, preferencialmente no:• Fígado• Tecido adiposo• Glândulas mamárias (na lactação)
A síntese de ácidos graxos está sujeita a diversosmecanismos de controle, mas ocorre invariavelmente, quando a carga energética celular é alta (ATP/ADP alta)
•A síntese de ácidos graxos tem acetil-CoA e malonil-CoA como doadores de carbonos e NADPH como agenteredutor.
•As atividades enzimáticas para síntese de ácidosgraxos nos eucariotos estão presentes em uma únicacadeia polipeptídica da ácido graxo sintase.
• Os intermediários na síntese de ácidos graxos são ligados a sufidrila terminal da fosfopanteteína ligada a proteína carreadora de acilas (ACP)
Acetil-CoA para síntese de ácidos graxos provém da mitocôndria e é formado a partir de:
- Piruvato (da glicose)
- Ácidos graxos (das gorduras)
- Alguns aminoácidos (das proteínas)
Acetil-CoA NÃO sai da mitocôndria diretamente.
Os átomos de carbonos do Acetil-CoA são transportados para o citossol sob forma de CITRATO.
Citratosintase
Acetil-CoA Oxaloacetato Citrato
Transporte de carbonos como acetil-CoA, com gasto de ATP e formação de NADPH citossólico
Piruvato carboxilase
Mitocôndria Citossol
Acetil-CoA
citrato
oxaloacetato
citrato
oxaloacetato Acetil-CoA
Piruvato Piruvato
CO2malato
CO2
NADP+
NADPH
Ácido graxo
Citrato liase
ATP + HS-CoA
ADP+ Pi
Membrana mitocondrialexterna
Membranamitocondrial interna
Citossol
Citratoliase
Malatodesidrogenase
Malatodesidro-genase
Citratosintase
Transportadorde citrato
Transportadorde piruvato
Transpor-tador de
malato
Piruvatodesidrogenase
Transporte de carbonoscomo acetil-CoA, com gasto de ATP e formaçãode NADPH citossólico
A formação de malonil-CoA a partir de acetil-CoA é a etapa limitante da síntese de ácidos graxos:
Acetil-CoA carboxilase
Acetil CoA
Malonil CoA
Carboxi-laseativa
Carboxi-lase
inativa
Carboxi-lase
inativa
Carboxilaseparcialmente
ativa
Quinase-AMP
Fosfatase
Citrato
Reação de ativação àscustas de gasto de 1 ATP
A acetil-CoA carboxilase tem como grupo prostético a biotina
Carboxilaseda biotina
Carboxilaseda acetil-CoA
Malonil-CoAAcetil-CoA
Durante a síntese de ácidos graxos os intermediários estãoacoplados a ACP
Proteína Carreadora de Acilas (ACP) Coenzima A
fosfopanteteína
Acetil CoA + ACP acetil-ACP + CoA
Malonil CoA + ACP malonil-ACP + CoA
transacilase
Os ácidos graxos sãosintetizados pelarepetição de reações de condensação, redução, desitratação e redução. Os intermediários estãosempre ligados a ACP.
+ Malonil-ACP
Segundavolta da síntese
A liberação de CO2 impulsiona a condensação.
+ Malonil-ACP
Segunda rodada da síntese
Entrada do substrato
Condensação Redução
Translocação
Liberação do
palmitato
As atividades enzimáticas para síntese de ácidos graxos nos eucariotosestão presentes em uma única cadeia polipeptídica da ácido graxo sintase.
A unidade flexivel de fosfopanteteína da ACP transporta os substratos para os centros ativos da enzima
ACP= Proteína carreadora de acilaAT= Acetil-CoA-ACP-transacilaseMT= Malonil-CoA-ACP transacilaseCE =β-cetoacil-ACP sintase (Condensação)KR= β-cetoacil-ACP redutaseDH= β-hidroxiacil desidrataseER = enoil-ACP redutaseTE = Tioesterase
CE
CE CE
CE
ácido graxo sintase
carregada com grupos acetil e
malonil
Acetil-CoA-ACP-transacilase Malonil-CoA-ACP transacilase
ácido graxo sintase
carregada com grupos acetil e
malonil
Condensação
Acetoacetil-ACP
β-cetoacil-ACP sintase (Enzima de Condensação)
Acetoacetil-ACP
Redução do β-ceto grupo
β-hidroxibutiril-ACP
β-cetoacil-ACP redutase
β-hidroxibutiril-ACP
Desitratação
Trans-Δ2-butenoil-ACP
β-hidroxiacil desidratase
Trans-Δ2-butenoil-ACP
butiril-ACP
Redução da dupla ligação
enoil-ACP redutase
Translocação do grupo butiril para
cisteína da β-cetoacil-ACP
sintase
Segunda rodada
Início da segunda rodada
Condensação
Malonil-CoA-ACP transacilase
β-cetoacil-ACP
Produto hidrolisadopor tioesterase
+ adições
de malonil-
ACP
Malonil-ACP Malonil-ACP
Malonil-ACP
Malonil-ACP
Palmitato
ácidograxo
sintase
Estequiometria da síntese de ácidos graxos:
1- formação de 7 malonil-CoA
7 acetil-CoA + 7CO2 + 7ATP → 7malonil-CoA + 7ADP + 7Pi + 14H+
2- Sete ciclos de condensação e redução
acetil-CoA + 7malonil-CoA + 14 NADPH + 20H+ → palmitato (C16)
+ 7CO2+ 8 CoA+ 14 NADP++ 6H2O
8 acetil-CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 6H+ → palmitato (C16) + 14 NADP+ + 8CoA + 6H2O + 7ADP + 7Pi
1 NADPH é gerado para cada acetil CoA transferida da mitocôndria para o citossol, portanto 8 NADPH vem desta etapa. Os demais 6 NADPH para síntese
provém da via das pentose-fosfato.
Membrana mitocondrialexterna
Membranamitocondrial interna
Citossol
Citratoliase
Malatodesidrogenase
Malatodesidro-genase
Citratosintase
Transportadorde citrato
Transportadorde piruvato
Transpor-tador de
malato
Piruvatodesidrogenase
Transporte de carbonoscomo acetil-CoA, com gasto de ATP e formaçãode NADPH citossólico
Enzimamálica
Enzima málica
A formação de malonil-CoA a partir de acetil-CoA é a etapa limitante da síntese de ácidos graxos:
Acetil-CoA carboxilase
Acetil CoA
Malonil CoA
Carboxi-laseativa
Carboxi-lase
inativa
Carboxi-lase
inativa
Carboxilaseparcialmente
ativa
Quinasedependente
de AMP
Fosfatase
Citrato
Reação de ativação àscustas de gasto de 1 ATP
Controle alostéricopelo citrato
Regulação da síntese de ácidos graxos
Malonil-CoA inibe a carnitina aciltransferase I (inibe transporte de ácidos graxos para mitocôndria prevenindo sua degradação)
Acetil- CoAcarboxilase
insulinaCitratoliase
Glucagon, adrenalina causam inativação da Acetil-CoAcarboxilase (AMP ↑), inativama fosfatase, mantendo a ACC fosforilada, inativa.
Insulina causa
ativação
Controle alostérico + pelo citrato
Controle alostérico -
pelo palmitoil-
CoA
Inibe a fosfofrutoquinase(glicólise)