02/10/2014 BETA-OXIDAÇÃO DE ÁCIDOS GRAXOS. Fontes de carnitina

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1 UNIVERSIDADE COMUNITÁRIA DA REGIÃO DE CHAPECÓ ÁREA DE CIÊNCIAS DA SAÚDE CURSO DE FISIOTERAPIA CIÊNCIAS MORFOLÓGICAS II MOBILIZAÇÃO DOS DEPÓSITOS DE GORDURA E OXIDAÇÃO DOS ÁCIDOS GRAXOS LIPÓLISE E BETA- OXIDAÇÃO Ácidos graxos armazenados no tecido adiposo, na forma de triacilgliceróis (TAG), servem como a principal reserva de combustível do organismo. LIBERAÇÃO DE ÁCIDOS GRAXOS DOS TAG A mobilização dos lipídios armazenados (LIPÓLISE) requer a liberação dos ácidos graxos e do glicerol a partir dos TAG. Esse processo é iniciado por uma lipase sensível a hormônio (LSH), que remove o ácido graxo do carbono 1 e/ou do carbono 3 do TAG. Lipases específicas adicionais removem os ácidos graxos remanescentes do diacilglicerol ou do monoacilglicerol. LIBERAÇÃO DE ÁCIDOS GRAXOS DOS TAG Destino do glicerol O glicerol liberado durante a degradação de TAG não pode ser metabolizado nos adipócitos, porque estes não possuem a enzima glicerol-cinase. É transportado pela circulação sanguínea ao fígado, onde pode ser fosforilado. O glicerol-fosfato resultante pode ser utilizado para sintetizar TAG no fígado ou ser convertido em diidroxiacetona-fosfato (DHPA) pela reversão da reação da glicerol-fosfato desidrogenase. A DHPA pode participar na glicólise ou na gliconeogênese (produzindo glicose). Na presença de altas concentrações plasmáticas de insulina e glicose, a LSH torna-se inativa. LIBERAÇÃO DE ÁCIDOS GRAXOS DOS TAG Destino dos ácidos graxos Os ácidos graxos livres (nãoesterificados) movem-se através da membrana celular dos adipócitos e imediatamente se ligam à albumina no plasma. Eles são transportados aos tecidos, entram nas células (proteína ligadora de ácidos graxos), tornam-se ativados formando derivados de CoA e são oxidados para produzir energia. Os ácidos graxos não podem ser utilizados como combustível pelos eritrócitos, pois estes não possuem mitocôndrias, ou pelo SNC, em vista da barreira hemato-encefálica. A principal etapa do catabolismo dos ácidos graxos saturados ocorre na mitocôndria Fragmentos de 2 carbonos são removidos do terminal carboxila da acil-coa (ácido graxo ativado), produzindo acetil-coa, NADH e FADH 2. 1

2 Ativação dos ácidos graxos Após a entrada de um ácido graxo de cadeia longa (AGCL) na célula, ele é convertido em um derivado da CoA pela acil-coasintetase dos ácidos graxos de cadeia longa (tiocinase) no citosol. Transporte de ácidos graxos de cadeia longa (AGCLs) para dentro da mitocôndria O ácido graxo precisa ser transportado através da membrana interna da mitocôndria, pois a beta-oxidação ocorre na matriz mitocondrial. Um transportador especializado carrega o grupo acila de cadeia longa do citosol para a matriz da mitocôndria. Esse transportador é a carnitina, e esse processo de transporte chamase lançadeira da carnitina. O grupo acila é inicialmente transferido da coenzima A citosólica para a carnitina, pela carnitina-palmitoiltransferase I (CPT-I). Essa reação regenera a coenzima A livre e forma acil-carnitina transportada para dentro da mitocôndria em troca da carnitina livre pela carnitina-acilcarnitina-translocase. A carnitina-palmitoiltransferase II (CPT-II) catalisa a transferência do grupo acila da carnitina para a coenzima A na matriz mitocondrial, regenerando carnitina livre. Fontes de carnitina A carnitina pode ser obtida a partir da dieta, sendo encontrada principalmente em carnes. A carnitina pode também ser sintetizada a partir dos aminoácidos lisina e metionina, por enzimas encontradas no fígado e nos rins, mas não no músculo esquelético e no cardíaco esses tecidos são totalmente dependentes da carnitina distribuída pelo sangue, proveniente dos hepatócitos ou da dieta. Entrada de ácidos graxos de cadeia curta e média na mitocôndria Ácidos graxos menores do que 12 carbonos podem atravessar a membrana interna da mitocôndria sem necessitar de carnitina ou do sistema CPT. Uma vez internalizados na mitocôndria, eles são ativados em seus derivados de coenzima A por enzimas da matriz e são oxidados. β oxidação: os ácidos graxos sofrem a remoção sucessiva de 2 C na forma de acetil-coa 2

3 Reações da beta-oxidação O primeiro ciclo da β-oxidação consiste em uma sequência de 4 reações, que resultam na diminuição em 2 carbonos da cadeia do ácido graxo. As etapas para a beta-oxidação incluem uma oxidação que produz FADH 2, uma etapa de hidratação, uma segunda oxidação que produz NADH e uma clivagem tiólica, que libera uma molécula de acetil-coa. Destinos da acetil-coa Acetil-CoA Produção de Energia 1 Ácido graxo de cadeia longa é oxidado para produzir acetil-coa (βoxidação) Produção de Energia Produção de Corpos Cetônicos 2 Acetil-CoA oxidado até CO 2 (CK) 3 Elétrons dos estágios 1 e 2 entram na CTE ATP Energia produzida pela oxidação de ácidos graxos Uma grande quantidade de energia é produzida pela beta-oxidação. A oxidação de uma molécula de ácido palmítico (16 C) até CO 2 e H 2 O produz 131 ATPs. Oxidação de ácidos graxos com nº ímpar de C Acontece pelas mesmas reações dos ácidos graxos de nº par, finalizando com a formação de uma molécula de 3 C: propionil-coa - metabolizado em 3 reações. Para ácidos graxos saturados com nº par de átomos de C, essas quatro etapas são repetidas em um nº de vezes igual a n/2-1 (onde n é o nº de C), sendo que cada ciclo produz um grupo acetila mais um NADH e um FADH 2. A última clivagem tiólica produz 2 grupos acetilas. 3

4 Produção de Corpos Cetônicos Oxidação de ácidos graxos insaturados UM COMBUSTÍVEL ALTERNATIVO PARA AS CÉLULAS A oxidação de ácidos graxos monoinsaturados, como o ácido oleico, requer uma enzima adicional, a 3,2-enoil- CoA isomerase, que converte o derivado 3-cis obtido após 3 voltas da betaoxidação em derivado 2- trans, que serve de substrato para a hidratase. A oxidação de ácidos graxos poli-insaturados, como o ácido linoleico, requer uma redutase dependente de NADPH, além da isomerase. A mitocôndria do fígado tem a capacidade de converter acetil-coa proveniente da betaoxidação de ácidos graxos em corpos cetônicos: acetoacetato, 3-hidroxibutirato e acetona. O acetoacetato e o 3-hidroxibutirato são transportados pelo sangue aos tecidos periféricos. Ali, eles podem ser convertidos novamente em acetil-coa, que é oxidada no ciclo do ácido cítrico. CORPOS CETÔNICOS: UM COMBUSTÍVEL ALTERNATIVO PARA AS CÉLULAS Os corpos cetônicos são importantes fontes de energia para os tecidos periféricos, porque 1) são solúveis em meio aquoso e não necessitam ser incorporados a lipoproteínas ou transportados pela albumina, como outros lipídios; SÍNTESE DE CORPOS CETÔNICOS PELO FÍGADO Durante o jejum, o fígado é inundado com ácidos graxos mobilizados do tecido adiposo. Como resultado, eleva-se a acetil-coa hepática, produzida basicamente pela degradação de ácidos graxos. 2) são produzidos no fígado durante períodos em que a quantidade de acetil-coa excede a capacidade oxidativa do fígado; A acetil-coa é canalizada para a síntese de corpos cetônicos. 3) são usados pelos tecidos extra-hepáticos, como os músculos esquelético e cardíaco e o córtex renal, em quantidade proporcional à sua concentração no sangue. Mesmo o cérebro pode usar corpos cetônicos como fonte de energia, se os níveis sanguíneos aumentarem suficientemente. SÍNTESE DE CORPOS CETÔNICOS PELO FÍGADO SÍNTESE DE CORPOS CETÔNICOS PELO FÍGADO 1. Síntese de 3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA (HMG-CoA) A 1ª etapa da síntese, formando acetoacetil- CoA, ocorre pela reação reversível da tiolase, uma enzima da oxidação de ácidos graxos. A HMG-CoA-sintase mitocondrial combina uma terceira molécula de acetil-coa com acetoacetil-coa, para produzir HMG-CoA. A HMG-CoA-sintase é a etapa limitante na síntese dos corpos cetônicos e está presente em quantidades significativas somente no fígado. 2. Síntese de corpos cetônicos A HMG-CoA é clivada para produzir acetoacetato e acetil-coa. O acetoacetato pode ser reduzido para formar 3-hidroxibutirato, utilizando NADH como doador de hidrogênio. O acetoacetato também pode sofrer descarboxilação espontânea no sangue, formando acetona um composto volátil, não-metabolizado biologicamente, que pode ser liberado na respiração. 4

5 UTILIZAÇÃO DOS CORPOS CETÔNICOS PELOS TECIDOS PERIFÉRICOS Embora o fígado constantemente sintetize baixos níveis de corpos cetônicos, sua produção torna-se muito mais significativa durante o jejum, quando os corpos cetônicos são necessários para produzir energia nos tecidos periféricos. UTILIZAÇÃO DOS CORPOS CETÔNICOS PELOS TECIDOS PERIFÉRICOS O 3-hidroxibutirato é oxidado a acetoacetato pela 3-hidroxibutiratodesidrogenase, produzindo NADH. O acetoacetato recebe uma coenzima A, doada pela succinil-coa, em uma reação catalisada pela succinil-coa:acetoacetato-coa-transferase (tioforase). Essa reação é reversível, mas o produto, acetoacetil-coa, é ativamente removido por sua conversão em duas moléculas de acetil-coa. UTILIZAÇÃO DOS CORPOS CETÔNICOS PELOS TECIDOS PERIFÉRICOS Tecidos extra-hepáticos, incluindo o encéfalo, mas excluindo células que não têm mitocôndria, oxidam eficientemente acetoacetato e 3- hidroxibutirato dessa maneira. O fígado, ao contrário, embora produza corpos cetônicos, não possui a enzima tioforase, sendo incapaz de usar corpos cetônicos como combustível. PRODUÇÃO EXCESSIVA DE CORPOS CETÔNICOS NO DIABETES MELITO Quando a velocidade de formação dos corpos cetônicos é maior do que a velocidade de seu consumo, seus níveis começam a aumentar no sangue e, por fim, na urina. Essas duas condições são observadas mais frequentemente em casos de diabetes melito do tipo 1 não-controlado. Nesses indivíduos, a alta degradação de ácidos graxos produz quantidades excessivas de acetil-coa, reduzindo a velocidade do ciclo do ácido cítrico. Isso força o excesso de acetil-coa para a rota da síntese de corpos cetônicos. PRODUÇÃO EXCESSIVA DE CORPOS CETÔNICOS NO DIABETES MELITO Um aumento na concentração de corpos cetônicos no sangue resulta em acidemia. A excreção da glicose e de corpos cetônicos na urina resulta em desidratação do organismo. O aumento do nº de H + na circulação e a diminuição do volume plasmático podem causar acidose grave (cetoacidose). BIOSSÍNTESE DE ÁCIDOS GRAXOS E DE TRIACILGLICERÓIS Cetoacidose também pode ser observada em casos de jejum severo e prolongado. 5

6 Uma grande proporção de ácidos graxos usados pelo organismo é suprida pela dieta. Carboidratos, proteínas e outras moléculas, quando obtidas da dieta em excesso em relação às necessidades desses compostos, podem ser convertidos em ácidos graxos, que são armazenados como TAG. Biossíntese X Degradação Não é uma simples reversão: Ocorrem por vias totalmente diferentes; São catalisadas por um conjunto enzimático distinto; Ocorrem em compartimentos diferentes da célula (degradação-matriz mitocondrial e biossíntese-citosol); Acetil-CoA produto da oxidação precursor da biossíntese Produção de Acetil-CoA mitocondrial Em humanos Fígado, glândulas mamárias em lactação, tecido adiposo Incorporação de C do acetil-coa na cadeia de ácidos graxos em formação Utilização de NADPH e ATP A coenzima A não pode atravessar a membrana mitocondrial; somente a porção acetila pode ser transportada para o citosol. Isso acontece na forma de citrato, que é produzido pela condensação do oxalacetato (OAA) e da acetil-coa. Esse processo ocorre quando a concentração mitocondrial de citrato é alta. Transporte da Acetil-CoA para o Citosol Transporte da Acetil-CoA para o Citosol Glicose Citosol Síntese ácidos graxos Piruvato Citrato Citrato Acetil-CoA Citrato sintase Citrato liase Acetil-CoA Aminoácidos piruvato carboxilase Oxaloacetato Piruvato Malato DH Malato Oxaloacetato Malato DH Enzima málica Malato Piruvato NADP NADPH 6

7 Carboxilação de acetil-coa para formar malonil-coa Regulação da enzima Acetil-CoA carboxilase Regulação a curto prazo A enzima é ativada por citrato. A enzima pode ser inativada por acil-coa de cadeia longa (o produto final dessa via). Na presença de insulina a enzima é ativada, e na presença de glucagon e adrenalina, inativada. Regulação a longo prazo Etapa limitante e o passo regulado na síntese de ácidos graxos. Consumo prolongado de uma dieta contendo excesso de calorias (especialmente com excesso de carboidratos) provoca aumento na síntese da enzima. Uma dieta com poucas calorias ou o jejum provocam redução na síntese da enzima. O complexo enzimático sintase de ácidos graxos 16C Reação global da síntese de palmitato Palmitoil 6 ciclos (palmitoil) Adição 2C 4 reações Butiril-ACP Elongação posterior da cadeia dos ácidos graxos Embora o palmitato, um ácido graxo de cadeia longa com 16 C saturado, seja o produto final da atividade da enzima ácido graxo-sintase, ele pode ser posteriormente alongado pela adição de unidades de 2 C no retículo endoplasmático (RE) e na mitocôndria. O encéfalo consegue produzir ácidos graxos de cadeia muito longa (até 24 C). Elongases Dessaturases monoinsaturado monoinsaturado Dessaturação das cadeias de ácidos graxos Enzimas presentes no RE Adição de ligações duplas na configuração cis. Requer NADPH e O 2. Uma variedade de ácidos graxos poli-insaturados pode ser produzida combinando reações de dessaturação com elongamento da cadeia. 7

8 BIOSSÍNTESE DE TRIACILGLICERÓIS E DE FOSFOLIPÍDIOS Ácidos graxos sintetizados ou ingeridos Incorporação em fosfolípidios de membrana Incorporação em triacilgliceróis Dependente do momento metabólico BIOSSÍNTESE DE TRIACILGLICERÓIS O glicerol-fosfato é o aceptor inicial dos ácidos graxos durante a síntese de TAG. 2 etapas para a produção de glicerol-fosfato: Produção a partir da glicose usando as primeiras reações da rota glicolítica até a produção de diidroxiacetona-fosfato (DHAP). A DHAP é reduzida a glicerol-fosfato pela glicerolfosfato desidrogenase. Uma segunda via (fígado) utiliza a glicerol-cinase para converter glicerol livre em glicerol-fosfato. Adipócitos podem captar glicose somente na presença de insulina. BIOSSÍNTESE DE TRIACILGLICERÓIS Ativação do ácido graxo livre Os ácidos graxos precisam ser convertidos em sua forma ativa (unidos à coenzima A) antes de participarem da síntese de TAG. Síntese de TAG a partir de glicerol-fosfato e acil-coa graxa 4 reações. Inclui adição sequencial de dois ácidos graxos a partir da acil-coa, remoção de fosfato e adição de um terceiro ácido graxo. Regulação da síntese de triacilgliceróis pela insulina INSULINA Estimula a conversão dos carboidratos e das proteínas da alimentação em gorduras 8