Bioquímica Fundamentos da Bioquímica Β-Oxidação. Profª. Ana Elisa Matias

Transcrição

1 Bioquímica Fundamentos da Bioquímica Β-Oxidação Profª. Ana Elisa Matias

2 Os lipídeos ingeridos são constituídos principalmente por: triacilgliceróis (90% do total), glicerofosfolipídeos (em menor grau), colesterol, ésteres de colesteril e ácidos graxos livres. No trato gastrointestinal, os lipídeos são emulsificados, digeridos por enzimas hidrolíticas e absorvidos pelas células da mucosa intestinal. Em razão da pouca solubilidade em meio aquoso, os lipídeos se agregam em grandes complexos dificultando a hidrólise enzimática e a absorção intestinal.

3

4 Esses obstáculos são contornados pelo emprego de agentes emulsificantes que aumentam a interface lipídio-água permitindo a ação das enzimas intestinais hidrossolúveis, também como a solubilização dos produtos de hidrólise. Os lipídeos da dieta são emulsificados no duodeno pela ação detergente dos sais biliares. Os sais biliares são moléculas anfipáticas sintetizadas pelo fígado a partir do colesterol e temporariamente armazenados na vesícula biliar e liberados no intestino delgado após ingestão de gorduras. A emulsificação é possível pela natureza anfipática dos sais biliares.

5 A porção polar das moléculas de sais biliares, interage com a água, enquanto o grupo não-polar interage com os lipídeos hidrofóbicos. Desse modo, os lipídeos são finamente dispersos no meio aquoso. Três enzimas hidrolíticas são encontradas no suco pancreático secretado no duodeno: lipase pancreática, colesterol esterase e fosfolipase A2.

6 A lipase pancreática catalisa a hidrólise dos triacilgliceróis com a formação de 2 monoglicerol e 2 ácidos graxos.

7 Os ácidos graxos de fontes alimentares e sintetizados no organismo, são esterificados a triacilgliceróis, transportados via corrente circulatória e armazenados como gotículas líquidas no citoplasma das células do tecido adiposo. Os triacilgliceróis constituem a fonte mais concentrada de energia química do corpo. Durante o jejum, exercício vigoroso e em resposta ao estresse, os triacilgliceróis armazenados nos adipócitos são hidrolisados em ácidos graxos e glicerol pela ação da lipase hormônio-sensível.

8 Os hormônios adrenalina (epinefrina) e glucagon secretados em resposta a baixos teores de glicemia, ativam a adenilil ciclase na membrana plasmática dos adipócitos. A adenilil ciclase transforma ATP em AMPc. A proteína cinase dependente de AMPc, fosforila e, assim, ativa a lipase. Os triacilgliceróis são hidrolizados em ácidos graxos e glicerol. Elevados teores de glicose e de insulina sanguínea exercem atividades opostas, acumulando triacilgliceróis no tecido adiposo.

9 HIDRÓLISE DO ÁCIDO GRAXO

10

11

12 Os ácidos graxos são degradados por oxidação em uma sequência repetitiva de reações que produzem moléculas de acetil CoA e liberam energia.

13 β-oxidação dos Lipídios A beta-oxidação é a via de oxidação dos ácidos graxos. Via catabólica de degradação de ácidos graxos para produção de energia. Ocorre na matriz mitocondrial, após a ativação e a entrada dos ácidos graxos na mitocôndria. Sua função é produzir acetil-coa que será utilizado no ciclo de krebs, da mesma forma que o acetil-coa gerado pela glicólise. 13

14 β-oxidação dos Lipídios Esta via funciona degradando a cadeia carbonada do ácido graxo em ciclos, e cada ciclo é formado por uma sequência de quatro reações que no final gera uma molécula de acetil-coa. Portanto a cada ciclo é gerada uma molécula de acetilcoa. A quantidade de acetil-coa gerado vai depender do tamanho da cadeia de carbonos, pois é isso que determina a quantidade de ciclos. 14

15 Em um ácido graxo de 16C há a formação de 8 Acetil-CoA 7FADH 7NAD Ciclo de Krebs

16 β-oxidação dos Lipídios Em cada ciclo são retirados dois carbonos da cadeia carbonada do ácido graxo para a formação do acetil-coa. Com isso é fácil pensar que a quantidade de ciclos seria a metade do valor do total de carbonos da cadeia carbonada do ácido graxo. Portanto, para uma cadeia de 16 carbonos deveriam ocorrer 8 ciclos. Entretanto este pensamento é errado, pois o ultimo ciclo gera 2 moléculas de acetil-coa, portanto precisando de um ciclo a menos do que no raciocínio anterior. 16

17 β-oxidação dos Lipídios A quantidade correta de ciclos que deveriam acontecer em uma cadeia de 16 carbonos é de sete ciclos. Isso é fácil entender, pois após ocorrerem 6 ciclos, com cada um retirando 2 carbonos, sobram 4 carbonos. Logo no sétimo ciclos os 4 carbonos serão divididos em 2 grupos de 2 carbonos, gerando portanto 2 moléculas de acetil-coa e por isso não sendo necessário a utilização de um ciclo extra da beta-oxidação. Quando se trata de cadeias ímpares, o ultimo ciclo gera uma molécula de acetil-coa (2 carbonos) e uma de 3 carbonos chamada de propionil-coa. Esta ultima molécula posteriormente é oxidada em succinil-coa a qual é utilizada no ciclo de krebs. 17

18 β- Oxidação Pode ser dividida em 3 fases: A ativação do ácido graxo A BETA - oxidação propriamente dita A respiração celular Estágio 1- um ácido graxo de cadeia longa é oxidado para produzir resíduos de acetil CoA. Estágio 2- os grupos acetil são oxidados a CO 2, NADH e FADH 2 através do ciclo do ácido cítrico. Estágio 3- os elétrons provenientes das reações acima passam pela cadeia respiratória produzindo ATP.

19 1) Ativação Dos Ácidos Graxos A ativação dos ácidos graxos consiste na entrada destes na mitocôndria, na forma de ACIL-CoA. O processo depende: Da ligação do ácido graxo com a Coenzima A, formando o Acil-CoA no citosol. A reação é catalisada pela enzima Acil-CoA Sintetase, localizada na membrana mitocondrial externa: CH 3 -(CH 2 )n-cooh + ATP + CoA-SH CH 3 -(CH 2 )n-co-s-coa + AMP + PPi 19

20 1) Ativação Dos Ácidos Graxos Do transporte do radical acila através da MMI, do citosol para a matriz, mediado pelo carreador específico carnitina. A transferência do radical acila da CoA para a carnitina é catalisada pela enzima carnitina-acil-transferase I: Acil-S-CoA + Carnitina Acil-Carnitina + CoA-SH Do lado da matriz mitocondrial, a carnitina doa novamente o radical acila para a CoA, regenerando o Acil-CoA no interior da mitocôndria. A reação é catalisada pela arnitina-acil-transferase II, localizada na face interna da MMI, e é exatamente o inverso da descrita acima. 20

21 Os ácidos graxos são ativados e transportados para o interior da mitocôndria < 12C entra diretamente na mitocôndria (ácidos graxos de cadeias médias e curtas > 12C transportador de carnitina (3 reações) Carnitina Acil Transferase I A regulação da via é feita pela enzima reguladora carnitina-acil-transferase I, que regula a velocidade de entrada do ácido graxo na mitocôndria, desta forma, a velocidade de sua degradação.

22 1) Ativação Dos Ácidos Graxos

23 ETAPAS da -OXIDAÇÃO ATIVAÇÃO 1. OXIDAÇÃO (FAD) 2. HIDRATAÇÃO (NAD + ) 3. RE-OXIDAÇÃO 4. CLIVAGEM 1, 2, 3 e 4 se repetem n vezes, de acordo com o tamanho da cadeia de carbono do ácido graxo

24 Oxidação Consiste na quebra por oxidação do ácido graxo sempre em seu carbono β, convertendo-o na nova carbonila de ácido graxo agora 2 carbonos mais curto. O processo é repetitivo, e libera à cada quebra: 1 NADH+H + 1 FADH 2 1 Acetil CoA São 4 as enzimas envolvidas em cada etapa de oxidação da via. 24

25 Exemplo: CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CO-S-CoA + CoA-SH CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CO-S-CoA + Acetil-CoA CH 3 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CH 2 -CO-S-CoA + Acetil-CoA CH 3 -CH 2 -CH 2 -CO-S-CoA + Acetil-CoA Acetil-CoA + Acetil-CoA 25

26 1 a OXIDAÇÃO

27 Oxidação de Ácidos Graxos Insaturados: Se o ácido graxo a ser oxidado for insaturado, o processo tem dois passos enzimáticos adicionais: A conversão do isômero "cis" em "trans. A saturação da dupla ligação pela adição de água. Uma vez o ácido graxo saturado, ele pode seguir com o processo normal de oxidação. 27

28 HIDRATAÇÃO trans- 2-enoil- CoA enoil-coa hidratase L- -hidroxi-acil- CoA

29 RE-OXIDAÇÃO Alta relação entre [NADH]/[NAD] inibe L- -hidroxi-acil- CoA -cetoacil-coa

30 CLIVAGEM Alta concentração de acetil- CoA inibe -cetoacil-coa (C 14 ) acil-coa acetil-coa (miristoil-coa)

31 β-oxidação dos Lipídios

32 EQUAÇÃO GLOBAL DA -OXIDAÇÃO Palmitoil-CoA + 7 FAD + 7 NAD H 2 O + 7 CoA 8Acetil-CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 CoA + 7H+

33

34

35

36 β-oxidação dos Lipídios Após a β-oxidação, os resíduos acetila do acetil-coa são oxidados até chegarem a CO 2, o que ocorre no ciclo do ácido cítrico. Os acetil-coa vindos da oxidação vão entrar nessa via junto com os acetil-coa provenientes da desidrogenação e descarboxilação do piruvato pelo complexo enzimático da piruvato desidrogenase. Nessa etapa haverá produção de NADH e FADH 2 para suprir de elétrons a cadeia respiratória da mitocôndria, que os levará ao oxigênio. Junto a esse fluxo de está a fosforilação do ADP em ATP. Com isso a energia gerada na oxidação de ácidos graxos vai ser conservada na forma de ATP. 36

37 β-oxidação dos Lipídios Em situações de baixa concentração de glicose no sangue (como jejum prolongado) a β-oxidação é uma alternativa para a produção de energia (pois libera FADH 2 e NADH). Consequentemente, há muita produção de acetil-coa. O Ciclo de Krebs não consegue absorver todo esse substrato, estando prejudicado, uma vez que seus intermediários estão envolvidos na gliconeogênese. 37

38 β-oxidação dos Lipídios Essas moléculas de acetil-coa se condensam, formando Corpos cetônicos, essa condensação acaba liberando Coenzima A, o que é essencial para que haja continuidade no Ciclo de Krebs. Essa produção ocorre principalmente no fígado, que por sua vez não possui a capacidade de degradar corpos cetônicos. Os corpos cetônicos podem ser usados como fonte de energia no cérebro em casos de desnutrição, nos quais a disponibilidade de glicose é mínima. 38

39 β-oxidação dos Lipídios Em situações de baixa concentração de glicose no sangue (como jejum prolongado) a β-oxidação é uma alternativa para a produção de energia (pois libera FADH 2 e NADH). Consequentemente, há muita produção de acetil-coa. O Ciclo de Krebs não consegue absorver todo esse substrato, estando prejudicado, uma vez que seus intermediários estão envolvidos na gliconeogênese. 39

40 Essas moléculas de acetil-coa se condensam, formando Corpos cetônicos, essa condensação acaba liberando Coenzima A, o que é essencial para que haja continuidade no Ciclo de Krebs. Essa produção ocorre principalmente no fígado, que por sua vez não possui a capacidade de degradar corpos cetônicos. Os corpos cetônicos podem ser usados como fonte de energia no cérebro em casos de desnutrição, nos quais a a disponibilidade de glicose é mínima. 40

41 β-oxidação dos Lipídios É importante notar que ácidos graxos em sua maioria não são precursores de glicose no corpo humano por não termos enzimas que permitam tal tipo de reação. O que a beta-oxidação promove para a gliconeogênese é energia para a realização da gliconeogênese, e não um substrato para a formação de glicose. No fígado, a energia liberada pela β-oxidação é empregada para dirigir a gliconeogênese. 41

42 β-oxidação dos Lipídios Isso acontece porque a maioria dos ácidos graxos de nossa dieta são pares, que apenas geram acetil-coa com sua oxidação como foi visto acima, e não conseguimos sintetizar glicose a partir do acetil-coa. Somente conseguimos gerar glicose a partir de ácidos graxos de cadeia de carbonos ímpares, por estas produzirem no final o succinil-coa que é um intermediário do ciclo de krebs. No entanto a quantidade de ácidos graxos de cadeia ímpar é muito pequena em nossa dieta, portanto quase não influenciando no processo da gliconeogênese. 42