METABOLISMO LIPÍDICO

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1 METABOLISMO LIPÍDICO O metabolismo lipídico resumido: triacilgliceróis lípidos de membrana ácidos gordos β-oxidação NADPH ATP síntese de ácidos gordos FADH 2 NADH colesterol acetil-coa corpos cetónicos ciclo de Krebs fosforilação oxidativa NADH ATP FADH 2 GTP

2 Catabolismo de lípidos 1. Hidrólise de triacilgliceróis 2. Activação dos ácidos gordos (membrana mitocondrial externa)

3 Transporte dos ácidos gordos activados (acis-coa) para o interior da mitocôndria carnitina carnitina Acil-CoA Acil-CoA CoA Acil-carnitina CoA Acil-carnitina Citosol Mitocôndria membrana mitocondrial interna Resultados 1-10 de cerca de para carnitina. (0,15 segundos) e cerca de para carnitine!!! Vendida como queimador de gorduras mas não há provas científicas que o apoiem há até blogs dedicados á carnitina!!!!

4 Há uma doença de origem genética (autossómica recessiva), em que os transportadores de carnitina para as células não funcionam adequadamente o doente não tem capacidade de utilizar os ácidos gordos (e portanto os lípidos) como fonte de energia. Cromossoma 5 Gene SLC22A5

5 3. β-oxidação dos ácidos gordos β-oxidação do ácido palmítico (16 átomos de C)

6 contabilidade da β-oxidação do ácido palmítico (16 átomos de C): β-oxidação ciclo de Krebs (acetil CoA) ganho 7 NADH (21ATP) 7 FADH 2 (14ATP) 8x3NADH (72ATP) 8x1FADH 2 (16ATP) 8x1GTP (8ATP) 131ATP gasto Global: 130 ATP 1 ATP (activação) Glucose (6C) 2 ATP (glicólise) 2 NADH (glicólise) 2 NADH (piruvato Acetil-CoA) 6 NADH ciclo de Krebs 2 FADH 2 2 GTP ATP/molécula M.M. glucose =180.16g/mole 1g glucose 5.55 moles mmoles ATP/g β-oxidação ciclo de Krebs Ácido capróico (6C) 2 NADH 6 ATP 2 FADH2 4 ATP 9 NADH 27 ATP 3 FADH 2 6 ATP 3 GTP 3 ATP 46 ATP -1 ATP (activação) 45 ATP/molécula M.M. ác.capróico =116.16g/mole 1g ác. capróico 8.61 moles mmoles ATP/g Lípidos modo mais = 1.84!!! eficiente de armazenar energia

7 -se houver excesso de Acetil-CoA (lípidos como fonte principal de energia, p.ex. em jejum prolongado ou diabetes): no fígado (matriz mitocondial): corpos cetónicos utilização de corpos cetónicos como fonte de energia músculo cardíaco e esquelético cérebro, em jejum prolongado

8 Casos especiais na β-oxidação: - ácidos gordos com nº ímpar de átomos de Carbono: n CH 3 -C-S-CoA + CH-CH 2 -C-S-CoA O O propionil-coa acetil-coa succinil-coa ciclo de Krebs - ácidos gordos insaturados (igual, excepto): H H O CH 3 (CH 2 ) 7 C=C CH 2 (CH 2 ) 6 C S oleoil-coa = CoA 3 ciclos da β-oxidação acetil-coa 3 CH 3 -C-S-CoA O H H O = CH 3 (CH 2 ) 7 C=C CH 2 C S CoA 3 -cis-dodecenoil-coa enoil-coa isomerase H O CH 3 (CH 2 ) 7 CH 2 C=C CH 2 C S 3 -trans-dodecenoil-coah H 2 O = CoA OH O CH 3 (CH 2 ) 7 CH 2 C CH 2 C = continuação da β-oxidação S CoA 6 CH 3 -C-S-CoA H O intermediário da β-oxidação!!!

9 - degradação de lípidos sujeita a sinais hormonais: interacção hormona-receptor: adrenalina, glicagina membrana plasmática adenilato ciclase Adipócito Adipócito Proteína cinase (inactiva) Proteína cinase (activa) Triacilglicerol lipase (inactiva) Triacilglicerol Ác. gordo Triacilglicerol Diacilglicerol lipase (activa) Monoacilglicerol Glicerol Ác. gordo Ác. gordo - Ácidos gordos livres: exportados para a corrente sanguínea, complexados com albumina - nos outros tecidos (fígado, músculo), β oxidação estimulada pelo aumento da concentração de ácidos gordos Síntese de ácidos gordos (fígado, tecido adiposo e glândula mamária) * Processo eminentemente CITOSSÓLICO ( até ácido palmítico). Alongamento da cadeia MIT (AG cadeia média e curta) e RE. Dessaturação RE * Precursor acetil-coa (formado sobretudo na mitocôndria) * Processo redutor NADPH = agente redutor Passagem para o citossol Fontes de NADPH. Via das pentoses. Acção do enzima málico. Acção do isocitrato desidrogenase extramitocondrial

10 a primeira reacção, de carboxilação do acetil-coa, é catalisada pela acetil CoA carboxilase, que tem como cofactor a biotina: O ll CH 3 -C-SCoA acetil-coa Enzima-biotina HCO ATP 1 ADP + P i - Enzima-biotina-CO 2 2 O ll - O 2C-CH 2-C-SCoA malonil -CoA Enzima-biotina à carboxilação da biotina (1), dependente de ATP, seguese a transferência do carboxilo para o Acetil-CoA (2)

11 O ll CH 3-C-SCoA acetil-coa Enzima-biotina HCO ATP 1 ADP + P i - Enzima-biotina-CO 2 2 O - O 2C-CH 2-C-SCoA malonil -CoA ll Enzima-biotina Reacção global: HCO 3 + ATP + acetil-coa ADP + P i + malonil-coa o malonil-coa, este liga-se ao enzima ACP, Acyl Carrier Protein uma molécula de acetil-coa liga-se a outro ACP

12 o acetil-acp e o malonil-acp reagem para formar o acetoacetil-acp, numa reacção catalisada por uma enzima condensadora, acetil-malonil-acp o acetoacetil- ACP, numa sequência de 3 reacções (idênticas às da β-oxidação mas em sentido inverso), origina butiril-acp

13 o butiril-acp reage com uma nova molécula de malonil-acp depois de mais uma sequência como antes, já são 6 átomos de C o alongamento dá-se repetindo esta sequência de reacções, em geral até ao palmitoil-coa, com 16 átomos de C este é libertado sob a forma de ácido palmítico o ácido palmítico pode ser modificado no retículo endoplásmico

14 nos mamíferos, estes enzimas estão todos englobados num complexo chamado Ácido gordo sintetase A Acetil-CoA Carboxilase, é o passo mais importante na regulação da síntese de ácidos gordos. Nos mamíferos, o enzima é regulado por fosforilação alosteria

15 Alterações conformacionais associadas à regulação: na conformação activa, a Acetil-CoA carboxilase associa-se em complexos multiméricos multímero activo np i np i a transição para a forma inactiva envolve uma dissociação dos monómeros monómeros inactivos Regulação da Acetil-CoA Carboxilase por metabolitos (regulação alostérica): palmitoil-coa (produto final da Ácido gordo sintetase): inibe Protómero fosforilado da Acetil- CoA - Carboxilase (inactiva) Citrato Palmitoil-CoA Protómero desfosforilado da Acetil-CoA Carboxilase (activa) Regulação da Acetil-CoA Carboxilase.

16 R.E.liso citrato (nível elevado indica que há acetil-coa suficiente a entrar no ciclo de Krebs): activa o excesso de citrato, via malonil-coa, é convertido em ácidos gordos para armazenar Glucose-6-P Glucose Gluconeogénese Glicólise Piruvato Ácidos gordos Acetil CoA Corpos cetónicos Colesterol oxaloacetato citrato Acetil CoA Ciclo de Krebs activada por desfosforilação dependente de insulina inibida por fosforilação dependente de AMPc inibição activação Biossíntese de Ácidos Gordos Transporte de Triacilgliceróis sujeito a regulação a longo prazo acetil-coa carboxilase citrato Acetil-CoA Malonil-CoA ácido gordo sintetase Palmitato Lipoproteínas de baixa densidade (VLDL) Palmitato outros A.G. Triacilglicerol Mitocôndria ciclo de Krebs citrato Ácido gordo Armazenamento de gorduras Oxidação de Ácidos Gordos Acetil-CoA Acil-CoA corpos cetónicos Acil-CoA Lipoproteína lipase corpos cetónicos Hepatócito (fígado) Transporte de Ácidos Gordos Complexo ácido gordo/albumina Ácidos gordos livres lipase sensível às hormonas Triacilgliceróis Regulação do metabolismo dos Ácidos Gordos Libertação de Ácidos Gordos para o sangue Adipócito inibida pela insulina activada por fosforilação dependente de AMPc

17 Insulina + Insulina + Insulina + Insulina + Insulina - + Adrenalina + Noradrenalina?+ Glicagina Armazenamento de lípidos Mobilização de lípidos

18 Lipoproteínas do plasma: transporte de lípidos entre os tecidos éster de colesterol triacilglicerol apolipoproteína fosfolípido colesterol livre Composição (%) Proteína Tipo QM VLDL LDL HDL VHDL Fosfoacilgliceróis Colesterol Ésteres do colesterol Triacilgliceróis Ácidos gordos QM: QuiloMicra; VLDL: Very Low Density Lipoprotein; LDL: Low Density Lipoprotein; HDL: High Density Lipoprotein; VHDL: Very High Density Lipoprotein

19 - e o colesterol? dieta alimentar (ex: ovos) síntese de novo no organismo (fígado e intestino) reserva de colesterol do organismo vitamina D membranas celulares síntese de hormonas (estrogénios, testosterona) sais biliares excreção - num indivíduo saudável, o nível de colesterol está bem regulado: colesterol na dieta síntese de colesterol colesterol na dieta síntese de colesterol

20 - síntese de colesterol: 2 NADPH + 2H + 2 NADP + Acetil-CoA Acetoacetil-CoA HMG-CoA Ác.mevalónico + CoA Acetil-CoA HMG-CoA redutase colesterol HMG-CoA: hidroximetilglutaril-coa colesterol da dieta alimentar QM síntese de colesterol (fígado, mucosa intestinal) LDL tecidos do organismo QM HDL acumulação/ utilização reciclagem no fígado excreção na bílis (colesterol livre, ácidos biliares)

21 - problemas no metabolismo do colesterol: excesso de colesterol nas LDL ( mau colesterol) acumulação de ésteres de colesterol na parede das artérias (aterosclerose) tromboses, infartos de miocárdio, acidentes vasculares cerebrais estreitamento dos vasos sanguíneos Progressão e Repercussões da Doença Cardiovascular Consequências Clínicas: Angina Enfarte do Miocárdio Hipertrofia Ventricular Esquerda Insuficiência Cardíaca AVC Insuficiência Renal Doença Vascular Periférica

22 METABOLISMO DOS AMINOÁCIDOS E PROTEÍNAS

23 enzimas Proteínas/aminoácidos componentes estruturais das células músculo (animais) a longo prazo, podem ser reserva de glucose e energia Utilização dos aminoácidos síntese proteica excedente sínteses várias (aminas, carnitina, purinas, pirimidinas, porfirinas, etc) grupo α-amina esqueleto carbonado ureia ciclo de Krebs gluconeogénese

24 Plantas sintetizam todos os aminoácidos Microorganismos variável Vertebrados só sintetizam cerca de 50% dos aminoácidos (os outros têm de vir da alimentação) - nos humanos: Não essenciais alanina asparagina ácido aspártico cisteína* ácido glutâmico glutamina glicina prolina serina tirosina # Essenciais arginina + histidina isoleucina leucina lisina metionina fenilalanina treonina triptofano valina *cisteína produzida só a partir do aminoácido essencial metionina; # tirosina produzida só a partir do aminoácido essencial fenilalanina; + arginina só necessária nas fases de crescimento Valor biológico duma proteína alimentar: medida da capacidade que essa proteína tem de fornecer os aminoácidos essenciais necessários para a manutenção dos tecidos do nosso organismo Fonte Valor biológico Proteínas animais Ovos 100 Carne 100 Peixe 87 Leite 85 Proteínas vegetais Soja 67 Batatas 67 Pão de trigo integral 30

25 as proteínas de fontes vegetais têm geralmente um valor biológico mais baixo que as animais; mas podem-se combinar de modo a dar um resultado nutricional equivalente à proteína animal - Outras boas combinações de vegetais: feijão (rico em Lys, pobre em Met) + arroz (pobre em Lys, rico em Met)

26 Chenopodium quinoa Willd. ( cereal mãe no idioma dos índios quechua) - Foi o alimento básico dos Incas, unido à sua religião e cultura - Com a chegada dos conquistadores espanhóis, foi substituída pelo milho e batata e praticamente desapareceu.

27 AMINOÁCIDOS QUINOA TRIGO LEITE Histidina * Isoleucina * Leucina * Lisina * Metionina * Fenilalanina * Treonina * Triptofano * Valina * Acido Aspártico Acido Glutâmico Cisteina Serina Tirosina Arginina * Prolina Alanina Glicina *Aminoácidos essenciais

28 apesar de terem uma grande diversidade de vias anabólicas e catabólicas, algumas reacções de transferência ou de eliminação do grupo amina são comuns a muitos aminoácidos permitem obter alguns aminoácidos a partir doutros ou simplesmente eliminar o grupo NH 3+ e inserir o esqueleto carbonado do aminoácido noutras vias, como o catabolismo para se obter ATP ou, se houver em excesso, sintetizar lípidos para reserva Proteínas na alimentação R-CH 2 -NH 3 + -COO - aminoácidos Proteínas do corpo Azoto do grupo amina Amónia Ureia (Excreção na urina) R-CO-COO - cetoácidos aminoácidos glucogénicos neurotransmissores, catecolaminas (ex: adrenalina, heme, componentes das membranas, bases dos nucleótidos, etc aminoácidos cetogénicos Piruvato ou componentes do ciclo de Krebs Acetil-CoA CO 2 + H 2 O Glucose (glicogénio) Lípidos CO 2 + H 2 O

29 1. Transaminação NH 3 + R-CH-COO - aminoácido + O - OOC-CH C-COO - 2 -CH 2 - α-cetoglutarato O R-C-COO - α-cetoácido + Transaminase (há várias diferentes) NH OOC-CH 2 -CH 2 - CH-COO - glutamato 2. Desaminação NH OOC-CH 2 -CH 2 -C-COO - H glutamato NAD(P) + NAD(P)H + H + NH + 2 Glutamato desidrogenase - OOC-CH 2 -CH 2 -C-COO - α-iminoglutarato (intermediário) O - OOC-CH 2 -CH 2 -C-COO - α-cetoglutarato NH 4 + H 2 O

30 - A transaminação pode ser uma maneira de converter uns aminoácidos noutros (as principais incluem o par glutamato α-cetoglutarato): glutamato: oxaloacetato transaminase glutamato + oxaloacetato α-cetoglutarato + aspartato glutamato: piruvato transaminase glutamato + piruvato α-cetoglutarato + alanina glutamato: tirosina transaminase glutamato + p-hidroxifenilpiruvato α-cetoglutarato + tirosina glutamato + α-cetoisocaproato glutamato: leucina transaminase α-cetoglutarato + leucina - correspondência entre ceto-ácidos e os aminoácidos correspondentes: Piruvato Oxaloacetato α-cetoglutarato transaminação Alanina Aspartato Glutamato

31 glutamina prolina arginina histidina O glutamato como intermediário das desaminações e transaminações: sequências de reacções diversas glutamato desidrogenase (desaminação oxidativa) ácido glutâmico ácido α-cetoglutárico α-cetoácido transaminase outros aminoácidos ácido α-cetoglutárico

32 Catabolismo de aminoácidos fígado Aminoácido esqueleto carbonado corpos cetónicos ureia - principal via de degradação de aminoácidos no fígado: α-aminoácido α-cetoglutarato NADH + NH + 4 O = H 2 N-C-NH 2 α-cetoácido glutamato NAD + + H 2 O ureia Degradação dos aminoácidos I -remoção dos aminogrupos α -Amino Aminoácido α-ceto Cetoácido Transaminação (Excepções: Lisina, Treonina) α -Cetoglutarato L-Glutamato Desaminação oxidativa NH 3 CO 2 Ureia

33 Degradação dos aminoácidos II-ciclo da ureia Passo Reagente Produto Catalisado por Localização 1 2ATP + HCO NH 4 + carbamoil fosfato + 2ADP + P i Carbamoil fosfato sintetase (CPS1) mitocôndria 2 carbamoil fosfato + ornitina citrulina + P i Ornitina transcarbamoilase (OTC) mitocôndria 3 citrulina + aspartato + ATP arginosuccinato + AMP + PP i Argininosuccinato sintetase (ASS) citosol 4 arginosuccinato Arginina + fumarato Arginosuccinato liase (ASL) citosol 5 Arginina + H 2 O ornitina + ureia Arginase 1 (ARG1) citosol

34 CPS1, Carbamoil fosfato sintetase (enzima reguladora do processo) Equação geral do ciclo da ureia: NH 3 +CO 2 + Aspartato + 3 ATP + 2 H 2 O Ureia + Fumarato + 2 ADP + 4 P i + AMP A ureia é libertada para a circulação sanguínea, sendo depois captada pelo rim e eliminada na urina O ciclo da ureia está ligado ao ciclo de Krebs como?

35 Regulação do ciclo da ureia: Curto prazo: excesso de arginina activação da N-acetilglutamato sintase aumento de N-acetilglutamato activação alostérica da carbamoil fosfato sintetase Longo prazo: Dieta com teor de proteína muito elevado excesso de aminoácidos oxidado para produzir ATP e/ou lípidos eliminação de NH 3 aumento ureia jejum prolongado aminoácidos do músculo utilizados na gluconeogénese eliminação de NH 3 aumento ureia Aumento da síntese de enzimas do ciclo da ureia e de carbamoil fosfato sintetase

36 Fenilcetonúria - doença congénita muito grave: catabolismo (normal) da fenilalanina: fenilalanina hidroxilase - os doentes têm ausência ou deficiência da fenilalanina hidroxilase - há acumulação de fenilalanina e de fenilpiruvato nos fluidos corporais - atraso mental grave ao fim do 1º ano de vida solução: diagnóstivo precoce... o teste do pézinho pode detectar esta doença!!!

37 evitar alimentos ricos em fenilalanina desde o nascimento aspartame um dos edulcorantes mais utilizados nos produtos dietéticos Ciclo de Krebs no catabolismo de aminoácidos CITOPLASMA asparagina aspartato transaminase (TA) oxaloacetato malato fumarato tirosina fenilalanina valina isoleucina metionina treonina asp TA oxaloacetato piruvato piruvato acetil CoA citrato transaminase malato NADH e FADH 2 isocitrato para a produção aeróbica de ATP fumarato α-cetoglutarato GTP GDP,Pi TA succinato succinil CoA glu MITOCÔNDRIA treonina succinil CoA alanina glicina serina cisteína isoleucina leucina lisina fenilalanina triptofano tirosina acetil CoA α-cetoglutarato transaminase (TA) glutamato prolina arginina histidina glutamina

38 Ciclo de Krebs no anabolismo de aminoácidos hidratos de carbono fenilalanina triptofano tirosina transaminase aspartato lisina treonina metionina isoleucina asparagina glicólise OAA fosfoenolpiruvato piruvato piruvato acetil CoA transaminase aspartato oxaloacetato citrato TA aspartato malato malato NADH e FADH 2 isocitrato para a produção aeróbica de ATP fumarato α-cetoglutarato CITOPLASMA PEP CO 2 r. anaplerótica GTP TA GDP,P i succinato succinil CoA glu MITOCÔNDRIA lisina valina isoleucina glicina serina cisteína alanina acetil CoA OAA citrato leucina lisina isocitrato NADP α-cetoglutarato (TA) glutamato prolina arginina glutamina Regulação do metabolismo proteico Glucose - depois duma refeição ( glicagina, insulina) síntese proteica - jejum ( glicagina, insulina) degradação proteica - jejum prolongado ( glicagina, insulina) degradação proteica intensa - diabetes ( glicagina, insulina) degradação proteica - stress ( adrenalina) degradação proteica PEP piruvato AcetilCoA citrato glucogénicos cetogénicos aminoácidos glucogénicos OAA ciclo de Krebs tradução proteases Proteínas

39 Algumas moléculas sintetizadas a partir de aminoácidos: Serotonina Derivados do triptofano (AA essencial) Algumas moléculas sintetizadas a partir de aminoácidos: Purinas Derivados do triptofano

40 Algumas moléculas sintetizadas a partir de aminoácidos: Heme Derivados do triptofano Erros congénitos nitos do catabolismo de aminoácidos Os erros congénitos podem ser perda total ou parcial da actividade enzimática Na ausência de tratamento estas alterações conduzem a atraso mental São quase sempre afecções pediátricas Ocorrem com uma frequência inferior a 1/