Síntese de ácidos gordos e triacilgliceróis

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1 Síntese de ácidos gordos e triacilgliceróis Síntese de ácidos gordos e triacilgliceróis; Rui Fontes Índice 1- Definições de lipogénese Tecidos e órgãos onde a lipogénese de novo pode ter relevância Relevância quantitativa da lipogénese de novo na civilização ocidental Transporte do acetil-coa da matriz mitocondrial para o citoplasma A carboxílase de acetil-coa catalisa a conversão de acetil-coa em malonil-coa A síntase do palmitato é um complexo multienzímico que contém sete atividades catalíticas que operam sequencialmente Na síntese de uma molécula de palmitato ocorrem reações redox onde se oxidam catorze moléculas de NADPH Um dos processos anapleróticos compensadores da saída de oxalacetato da mitocôndria aquando do transporte de acetil-coa leva à formação de NADPH A via das pentoses-fosfato fornece a maior parte do NADPH que vai ser oxidado durante a síntese de palmitato A ativação do palmitato (e de outros ácidos gordos) por ação da sintétase de acil-coa Mecanismos e hormonas envolvidos na regulação da lipogénese de novo Ativação da conversão da glicose em palmitato via ativação da transcrição de genes e o papel do ChREBP e do SREBP-1c A regulação da carboxílase da acetil-coa por mecanismos de curto prazo A conversão de palmitil-coa em estearil-coa e a elongação de ácidos gordos A ação catalítica dos sistemas de dessaturação envolve a transferência de quatro eletrões para o O A ação catalítica da dessatúrase 9 (dessatúrase do estearil-coa) e das dessatúrases 6 e Os ácidos linoleico e α-linolénico são poli-insaturados e nutricionalmente indispensáveis Nos mamíferos, é possível a interconversão de diferentes ácidos gordos ω6 entre si ou de diferentes ω3 entre si, mas não saltar de uma série para a outra A síntese de ácido araquidónico a partir do ácido linoleico e de eicosapentaenoico a partir do ácido α-linolénico A via de síntese de triacilgliceróis que ocorre nos enterócitos parte de 2-monoacilglicerol A via de síntese de triacilgliceróis que ocorre na maioria dos tecidos e órgãos parte de glicerol-3-fosfato Os triacilgliceróis constituem a mais abundante forma de reserva de energia do organismo A regulação dos processos de dessaturação e esterificação Definições de lipogénese O termo lipogénese pode utilizar-se para referir genericamente todos os processos que levam à síntese de lipídeos, quer a partir de compostos não lipídicos, quer a partir de componentes lipídicos da dieta. No entanto também pode ser utilizado num sentido mais restrito e referir-se à síntese endógena de palmitato (maioritariamente a conversão de hidratos de carbono em palmitato) e incluir ou não transformações que o palmitato sintetizado endogenamente pode sofrer (dessaturação e elongação) e a subsequente esterificação (maioritariamente a síntese de triacilgliceróis). O contexto poderá ajudar a perceber o sentido em que o termo lipogénese está a ser utilizado mas, para evitar eventuais ambiguidades, usa-se, por vezes, a expressão lipogénese de novo para referir a síntese endógena de ácidos gordos e outros lipídeos a partir de precursores não lipídicos. Para evitar eventuais ambiguidades o termo lipogénese será usado com parcimónia no texto que se segue. A Fig. 1 resume grande parte dos processos reativos discutidos neste texto. 2- Tecidos e órgãos onde a lipogénese de novo pode ter relevância Embora os ácidos gordos com número par de carbonos (a maioria) não sejam substratos para a síntese de glicose, a glicose pode ser substrato para a síntese de ácidos gordos. Comparativamente com outros tecidos, esta síntese é mais ativa no fígado, no tecido adiposo e na glândula mamária ativa. Página 1 de 11

2 Nos músculos esqueléticos e cardíaco não há síntese de ácidos gordos porque, nestes tecidos, não existe a síntase do palmitato, uma das enzimas da via metabólica que leva à conversão da acetil-coa em palmitato. 3- Relevância quantitativa da lipogénese de novo na civilização ocidental No homem adulto, a lipogénese de novo é, nas condições das dietas mistas mais comuns nos países da civilização ocidental 1, uma via metabólica muito pouco ativa; em geral, a massa de palmitato formada endogenamente não chega a 5% da massa dos ácidos gordos provenientes da dieta. O destino metabólico mais importante dos glicídeos é a conversão em glicogénio e, em última análise, a sua oxidação; não é a conversão em ácidos gordos [1]. Contudo, a síntese endógena de palmitato pode ter relevância quando existe ingestão elevada de glicídeos no contexto duma dieta pobre em lipídeos; se o valor calórico dos glicídeos da dieta exceder a despesa energética e a capacidade do organismo para armazenar o excesso de glicose na forma de glicogénio for ultrapassada, os glicídeos em excesso são convertidos em palmitato [1]. 4- Transporte do acetil-coa da matriz mitocondrial para o citoplasma O acetil-coa forma-se na mitocôndria a partir do piruvato (produto da glicólise) por ação catalítica da desidrogénase do piruvato (ver Equação 1) e pode originar palmitato. Equação 1 piruvato + CoA + NAD + acetil-coa + NADH + CO 2 No entanto, as enzimas envolvidas na conversão da acetil-coa em palmitato estão no citoplasma e não na mitocôndria. O transporte de acetil-coa da mitocôndria para o citoplasma envolve a (1º) formação de citrato na mitocôndria (síntase do citrato: ver Equação 2), (2º) o transporte de citrato para o citoplasma (ver Equação 3) e (3º) a regeneração de acetil-coa no citoplasma (líase do ATP-citrato: ver Equação 4). O somatório destes processos é descrito pela Equação 5. Equação 2 Equação 3 Equação 4 Equação 5 acetil-coa + oxalacetato + H 2 O citrato + CoA (reação na mitocôndria) citrato (mitocôndria) citrato (citoplasma) citrato + CoA + ATP oxalacetato + acetil-coa + ADP + Pi (reação no citoplasma) acetil-coa (mitocôndria) + oxalacetato (mitocôndria) + ATP + H 2 O acetil-coa (citoplasma) + oxalacetato (citoplasma) + ADP + Pi 5- A carboxílase de acetil-coa catalisa a conversão de acetil-coa em malonil-coa O palmitato é um ácido gordo saturado com 16 carbonos e a sua síntese ocorre pela adição sucessiva de unidades de 2 carbonos ao grupo acetilo do acetil-coa. Estas unidades de 2 carbonos também têm origem no acetil-coa, mas a sua utilização requer a prévia ativação a malonil-coa. A carboxílase de acetil-coa (ver Equação 6) é uma lígase que contém como grupo prostético a biotina e que catalisa a formação de malonil-coa. A reação pode ser entendida como a acoplagem de um processo exergónico (a hidrólise do ATP) com outro endergónico (a carboxilação da acetil-coa; o resíduo malonilo tem 3 carbonos). A síntese de malonil-coa é o primeiro passo na síntese de palmitato mas, mesmo em células onde esta síntese não é um processo relevante ou não existe (músculos esquelético e cardíaco), a carboxílase de acetil-coa tem um papel importante pois o malonil-coa regula (inibe) a oxidação dos ácidos gordos. Equação 6 ATP + H 2 O + CO 2 + acetil-coa ADP + Pi + malonil-coa 6- A síntase do palmitato é um complexo multienzímico que contém sete atividades catalíticas que operam sequencialmente A segunda enzima envolvida na síntese do palmitato é a síntase do palmitato (também designada de síntase de ácidos gordos), uma enzima dimérica citoplasmática que contém como grupo prostético a 4 -fosfopanteteína (um derivado do ácido pantoténico). 1 Numa dieta típica na civilização ocidental, os hidratos de carbono representam cerca de 50% do valor calórico, as gorduras cerca de 35% e as proteínas cerca de 15%. Página 2 de 11

3 A síntase do palmitato é um complexo multienzímico que contém 7 atividades catalíticas distintas que operam sequencialmente. A síntese do palmitato começa com a (1º) transferência de um resíduo acetilo (2C) da acetil-coa para um grupo tiol de um resíduo de cisteína da síntase e (2º) com a transferência do resíduo malonilo (3C) da malonil-coa para outro grupo tiol, o grupo tiol da 4 -fosfopanteteína. Seguidamente ocorre (3º) a transferência do resíduo acetilo para o carbono 2 do resíduo malonilo com libertação do CO 2 e a formação de 3-cetobutiril-enzima (também designado por acetoacetil-enzima), em que o grupo carboxílico do resíduo acetoacetilo (4C) está ligado (ligação tioéster) ao grupo tiol da 4 -fosfopanteteína. Os passos seguintes são (4º) a redução dependente do NADPH do acetoacetil-enzima a D-3-hidroxi-acilenzima, (5º) a desidratação do D-3-hidroxiacil-enzima a 2 -enoil-enzima e (6º) a redução também dependente do NADPH do 2 -enoil-enzima a acil-enzima. Neste primeiro ciclo de reações, após a adição de uma unidade de 2 carbonos (proveniente do malonilo do malonil-coa) ao acetilo, o acilo formado contém 4 carbonos: assim, o acil-enzima correspondente designa-se por butiril-enzima. A transferência do resíduo acilo ligado à 4 -fosfopanteteína para a cisteína e de um novo malonilo (do malonil-coa) para a 4'-fosfopanteteína permite a continuação da síntese em sucessivos ciclos de adição de 2 carbonos. Ao fim de 7 ciclos forma-se o palmitato que está ligado à enzima através de uma ligação tioéster que envolve o seu grupo carboxílico e o grupo tiol da 4 -fosfopanteteína (ver Equação 7). Equação 7 síntase do palmitato (enzima) + 7 malonil-coa + acetil-coa + 14 NADPH palmitil-enzima + 7 H 2 O + 14 NADP CO CoASH Na fase de palmitil-enzima (C16) ocorre (7º) a hidrólise (tioestérase) e a libertação de palmitato não esterificado (ver Equação 8). Equação 8 palmitil-enzima + H 2 O palmitato + enzima livre Partindo de acetil-coa, em cada ciclo catalítico (de 6 passos) são acrescentados 2 carbonos e, ao fim de 7 ciclos, dá-se uma hidrólise que liberta palmitato (C16). Em cada ciclo o dador dos 2 carbonos acrescentados é o malonil-coa e o carbono 2 do resíduo de malonilo liga-se no carbono carboxílico do ácido gordo saturado intermediário (com sucessivamente 2, 4, 6, 8, 10, 12 e 14 carbonos) que é substrato em cada ciclo. Um dos dois carbonos do resíduo malonilo acrescentados em cada ciclo é o grupo carboxílico do intermediário que se vai formando. Ou seja, os carbonos 15 e 16 do palmitato formado derivaram diretamente do acetil-coa que, no primeiro passo do processo, se ligou ao resíduo da cisteína da enzima; os carbonos 13 e 14 derivaram do malonil-coa envolvido na síntese do acetoacetil-enzima (1º ciclo) e os carbonos 1 e 2 do malonil-coa envolvido no último ciclo. 7- Na síntese de uma molécula de palmitato ocorrem reações redox onde se oxidam catorze moléculas de NADPH A equação soma relativa à atividade da síntase do palmitato é a Equação 9: Equação 9 7 malonil-coa + acetil-coa + 14 NADPH palmitato + 6 H 2 O + 14 NADP CO CoA Durante o processo catalisado pela síntase do palmitato ocorre a libertação dos CO 2 (ver Equação 9) que haviam sido usados na carboxilação do acetil-coa a malonil-coa (ver Equação 6). Na atividade da síntase de palmitato, o passo em que ocorre a libertação do CO 2 é um passo exergónico que contribui para que o processo reativo global evolua no sentido da formação do palmitato e não em sentido inverso. Embora todos os carbonos do palmitato sintetizado provenham do resíduo acetilo do acetil-coa, apenas os carbonos 15 e 16 resultam diretamente do acetil-coa que não foi previamente (via carboxílase de acetil-coa) convertido em malonil-coa. Nos 7 ciclos catalíticos que levam à formação de uma molécula de palmitato ocorre a oxidação de 14 moléculas de NADPH (duas por ciclo) que reduziram intermediários 3-cetoacil-enzima (como, por exemplo, o 3-cetobutiril-enzima) a D-3-hidroxiacil-enzima e os intermediários 2 -enoil-enzima a acilenzima. Página 3 de 11

4 8- Um dos processos anapleróticos compensadores da saída de oxalacetato da mitocôndria aquando do transporte de acetil-coa leva à formação de NADPH Se estritamente descrito pelas reações representadas pelas equações 2-4, o processo de transporte de acetil-coa da mitocôndria para o citoplasma seria, obviamente, insustentável: estas equações representam um processo cataplerótico sem que, simultaneamente, ocorra um outro anaplerótico. O processo descrito levaria ao esgotamento do oxalacetato mitocondrial e à sua acumulação no citoplasma. Uma via metabólica que poderá ter relevância no processo anaplerótico compensador inclui a ação da enzima málica: o oxalacetato é reduzido a malato no citoplasma (desidrogénase do malato; ver Equação 10); de seguida, o malato é oxidado a piruvato (enzima málica; também designada de desidrogénase do malato dependente do NADP + ; ver Equação 11) e, por último, o piruvato entra para a mitocôndria onde é convertido em oxalacetato pela ação da carboxílase do piruvato (Equação 12). Esta via permite, simultaneamente, fornecer parte dos equivalentes redutores (na forma de NADPH) para a atividade da síntase do palmitato e transportar oxalacetato do citoplasma para a matriz. Equação 10 oxalacetato + NADH malato + NAD + Equação 11 malato + NADP + piruvato + CO 2 + NADPH Equação 12 piruvato + ATP + CO 2 oxalacetato + ADP + Pi Uma outra via que permite a conversão de oxalacetato citoplasmático em oxalacetato mitocondrial (mas, neste caso, sem haver formação concomitante de NADPH) é a sua redução a malato no citoplasma (ver Equação 10), a entrada do malato para a mitocôndria e a sua subsequente reoxidação a oxalacetato na matriz mitocondrial (ver Equação 10). 9- A via das pentoses-fosfato fornece a maior parte do NADPH que vai ser oxidado durante a síntese de palmitato Por mole de palmitato sintetizado 14 moles de NADPH oxidam-se a NADP + (ver Equação 9). No entanto, mesmo que admitamos que a via metabólica descrita pelas equações é a única envolvida no transporte de oxalacetato do citoplasma para a mitocôndria, a via permite formar apenas 8 moles de NADPH (uma por cada acetil-coa transportado ) por mole de palmitato sintetizado. No entanto, para além da enzima málica (ver Equação 11) existem outras enzimas citoplasmáticas envolvidas na redução do NADP + e que têm relevância no processo de síntese de palmitato. Na via das pentoses-fosfato, a redução do NADP + a NADPH ocorre por ação catalítica da desidrogénase da glicose-6-p e da desidrogénase do 6-fosfogliconato (ver Equação 13 e Equação 14). Equação 13 glicose-6-fosfato + NADP + 6-fosfogliconolactona + NADPH Equação 14 6-fosfogliconato + NADP + ribulose-5-fosfato + NADPH + CO 2 Embora tenha menor relevância, a redução do NADP + a NADPH também pode resultar da ação da desidrogénase do isocitrato citoplasmática (ver Equação 15). Equação 15 isocitrato + NADP + α-cetoglutarato + CO 2 + NADPH Dado que a glicose é o combustível da via das pentoses-fosfato e que, quer o malato, quer o isocitrato (intermediários do ciclo de Krebs) se formam a partir da glicose (via glicólise, carboxílase do piruvato e enzimas do ciclo de Krebs), pode dizer-se que, para além de fornecer o substrato para a síntese de palmitato (acetil-coa), a glicose é também essencial no processo de formação do agente redutor pertinente no processo: o NADPH. 10- A ativação do palmitato (e de outros ácidos gordos) por ação da sintétase de acil-coa Quer o palmitato formado endogenamente, quer os ácidos gordos que entram nas células são imediatamente ativados. A expressão ativação dos ácidos gordos é usada para referir a sua esterificação com a coenzima A e é catalisada pela sintétase de acil-coa (ver Equação 16). Equação 16 ácido gordo + CoA + ATP acil-coa + AMP + PPi Página 4 de 11

5 Com exceção da oxidação em ómega (oxidação em ω; uma via quantitativamente irrelevante), a formação de acis-coa é sempre o primeiro passo nas diferentes vias que os ácidos gordos podem seguir. A ativação dos ácidos gordos é sempre o primeiro passo nas vias de dessaturação (introdução de duplas ligações), elongação (aumento do tamanho da cadeia carbonada), esterificação (síntese de triacilgliceróis ou outros lipídeos complexos), oxidação em β (ou oxidação em α) ou de conversão em corpos cetónicos. 11- Mecanismos e hormonas envolvidos na regulação da lipogénese de novo Na regulação da síntese de palmitato estão envolvidos, quer mecanismos de curto prazo como a fosforilação inativadora e a ativação e inibição alostéricas da carboxílase de acetil-coa, quer mecanismos de longo prazo envolvendo a indução e a repressão de genes codificadores das enzimas que participam nestes processos. A insulina tem ações ativadoras quer de curto quer de longo prazo. No fígado, a glicagina tem ações inibidoras. A disponibilidade de glicose tem também um papel independente da insulina na ativação do processo. A pouca relevância da lipogénese de novo nos indivíduos que vivem nos países mais desenvolvidos é uma consequência das dietas típicas nestes países (comparativamente com outras, mais ricas em lipídeos e mais pobres em glicídeos) e dos seus efeitos na regulação deste processo. 12- Ativação da conversão da glicose em palmitato via ativação da transcrição de genes e o papel do ChREBP e do SREBP-1c A lipogénese de novo pode ser ativada se a dieta for rica em glicose (e pobre em lipídeos) durante uma série de dois ou mais dias (regulação a longo prazo ). Neste efeito estão envolvidos mecanismos que envolvem a ativação da transcrição dos genes de enzimas diretamente envolvidas na lipogénese (líase do ATP-citrato, carboxílase da acetil-coa e síntase do palmitato), de enzimas envolvidas na redução do NADP + (desidrogénases de glicose-6-fosfato e 6-fosfogliconato e enzima málica) e, no fígado, de enzimas da glicólise (hexocínase IV e cínase do piruvato). A transcrição de todos estes genes é ativada pela ingestão de glicose. Um dos mecanismos envolvidos na ativação de alguns destes genes (cínase do piruvato, carboxílase de acetil-coa e síntase do palmitato) é o aumento da concentração citoplasmática de xilulose- 5-fosfato que, alostericamente, ativa uma fosfátase A2 que promove a desfosforilação e a consequente ativação de um fator de transcrição denominado ChREBP (Carbohydrate-responsive element-binding protein; proteína de ligação ao elemento de resposta aos carbohidratos) [3-4]. Quando a glicemia aumenta, a concentração citoplasmática da xilulose-5-fosfato também aumenta, o que ativa o ChREBP e a atividade das enzimas acima referidas. A glicagina tem, no fígado, um efeito inativador do ChREBP porque, via ativação da PKA, promove a fosforilação deste fator de transcrição; por isso, no fígado, a glicagina inibe a lipogénese de novo. A insulina também aumenta a síntese de enzimas envolvidas na conversão de glicose em palmitato. Um dos mecanismos que está envolvido nesta ação da insulina é o aumento da síntese de um fator de transcrição denominado SREBP-1c (sterol regulatory element binding protein 1-c; proteína 1c de ligação ao elemento de resposta aos esteroides 2 ). O SREBP-1c aumenta a transcrição dos genes da líase do ATP-citrato, da carboxílase de acetil-coa e da síntase do palmitato. Opondo-se à insulina os ácidos gordos poli-insaturados têm o efeito oposto inibindo a síntese do SREBP-1c [2]. Como será explicado mais à frente neste texto, a insulina, a glicose e a os ácidos gordos poliinsaturados também têm papéis reguladores na lipogénese entendida no seu sentido mais amplo. 13- A regulação da carboxílase da acetil-coa por mecanismos de curto prazo A atividade da carboxílase da acetil-coa fornece malonil-coa para a síntese de palmitato (e para a elongação) e a sua regulação de curto prazo tem sido muito estudada. Para além de regulada ao nível da transcrição (ativação pela ChREBP e pela SREBP-1c), a carboxílase de acetil-coa também é 2 Embora se denomine steroid regulatory element binding protein-1c o SREBP-1c (ao contrário do SREBP-2) não se liga a esteroides. Página 5 de 11

6 regulada (i) por fosforilação (inativação) e desfosforilação (ativação) reversíveis e (ii) por mecanismos alostéricos (citrato ativador e acis-coa inibidores). Quando a glicemia e/ou a insulina estão elevadas, a concentração de citrato (em última análise o precursor citoplasmático da via em análise; ver Equação 4) aumenta ligeiramente no fígado e admite-se que esta variação poderá contribuir para a ativação da carboxílase de acetil-coa. Nestas mesmas condições metabólicas as cínases de proteínas que catalisam fosforilações inativadoras da carboxílase de acetil-coa estão pouco ativas. A enzima com o papel mais importante na inativação da carboxílase de acetil-coa é a cínase de proteínas ativada pelo AMP (AMPK). A AMPK é uma cínase de proteínas que está mais ativa quando aumenta a concentração intracelular de AMP ou, no caso do fígado, quando a glicagina aumenta no plasma sanguíneo. Possivelmente a ação da glicagina envolve a ativação da PKA (via aumento da concentração do AMP cíclico) que catalisa a fosforilação e a consequente ativação de uma cínase que, por sua vez, catalisa a fosforilação (e ativação) da AMPK. A AMPK catalisa a fosforilação da carboxílase de acetil-coa em resíduos específicos que levam à sua inibição e, consequentemente, à inibição da síntese de palmitato. A insulina tem o efeito oposto ao da glicagina: quando a insulina aumenta fica ativa uma fosfátase de proteínas que catalisa a desfosforilação e consequente ativação da carboxílase de acetil- CoA e, em última análise, a síntese de palmitato. O palmitato formado neste processo de síntese é ativado a palmitil-coa (ver Equação 16) e, tal como outros acis-coa, o palmitil-coa é inibidor alostérico da carboxílase de acetil-coa. Desta forma, via palmitil-coa, o palmitato inibe a sua própria síntese. 14- A conversão de palmitil-coa em estearil-coa e a elongação de ácidos gordos Os ácidos gordos saturados mais abundantes nos mamíferos são o palmítico (16:0; significa 16 carbonos e zero ligações duplas) e o esteárico (18:0). O ácido esteárico pode formar-se endogenamente a partir de ácido palmítico por ação de enzimas do retículo endoplasmático que catalisam a adição de dois carbonos (do malonil-coa) ao palmitil-coa. Pela adição sucessiva de unidades de dois carbonos no carbono 1 de ácidos gordos (elongação) podem formar-se endogenamente ácidos gordos com um número de carbonos superior a 16 (por exemplo, formação de estearato a partir de palmitato). O processo de elongação envolve enzimas com atividades catalíticas semelhantes às que foram referidas para a síntase do palmitato. O dador da unidade de dois carbonos é também o malonil-coa e o agente redutor o NADPH. No entanto, no caso da elongação, existem para cada um dos passos do processo diferentes enzimas e os intermediários libertam-se em cada passo como derivados ligados ao CoA (e não à enzima) [2]. O processo parte de um acil-coa em que o acilo tem n carbonos gerando outro acil-coa com n+2 carbonos: a equação que descreve a elongação do palmitil-coa a estearil-coa é a Equação 17. Equação 17 palmitil-coa + malonil-coa + 2 NADPH estearil-coa + 2 NADP + + CoA + H 2 O + CO 2 Tal como no caso da síntase do palmitato, os dois carbonos acrescentados ao resíduo palmitato do palmitil-coa passam a constituir os carbonos 1 e 2 do resíduo estearato do estearil-coa formado. 15- A ação catalítica dos sistemas de dessaturação envolve a transferência de quatro eletrões para o O 2 No retículo endoplasmático podem também formar-se ácidos gordos insaturados e a reação é catalisada por sistemas enzímicos genericamente designados como dessatúrases de acil-coa. O processo de dessaturação envolve uma cadeia de oxiredútases (que inclui o citocromo b5) em que o O 2 funciona como oxidante último do acil-coa e do NADPH (ou do NADH). O somatório dos processos catalisados pelos sistemas das dessatúrases de acil-coa é a Equação 18. Na formação de uma ligação dupla (oxidação) uma molécula de O 2 aceita 4 eletrões reduzindo-se a duas moléculas de H 2 O: 2 eletrões são cedidos pelo acil-coa onde se forma a ligação dupla e os outros 2 pelo NADPH ou pelo NADH. Equação 18 acil-coa + O 2 + NADH ou NADPH acil-coa insaturado + 2 H 2 O + NAD + ou NADP + Página 6 de 11

7 16- A ação catalítica da dessatúrase 9 (dessatúrase do estearil-coa) e das dessatúrases 6 e 5 Existem dessatúrases com diferentes especificidades no que se refere ao carbono onde a dupla ligação é introduzida. A dessatúrase 9 (também designada de dessatúrase do estearil-coa; ver Equação 19) catalisa a conversão do ácido esteárico (18:0) em oleico (18:1;9; significa 18 carbonos e uma ligação dupla no carbono 9) e do palmítico (16:0) em palmitoleico (16:1;9). Equação 19 estearil-coa (ou palmitil-coa) + O 2 + NADH ou NADPH oleil-coa (ou palmitoleil-coa) + 2 H 2 O + NAD + ou NADP + Outras dessatúrases são a dessatúrase 6 e a dessatúrase 5 que estão envolvidas na introdução de novas duplas ligações em ácidos gordos poli-insaturados. Nos ácidos gordos poli-insaturados entre duas duplas ligações consecutivas há sempre um grupo metileno ( CH=CH-CH 2 -CH=CH ). As duplas ligações dos ácidos gordos naturais são sempre de tipo cis. 17- Os ácidos linoleico e α-linolénico são poli-insaturados e nutricionalmente indispensáveis No caso dos mamíferos não é possível a introdução de duplas ligações em carbonos com número superior ao carbono 9. Assim, o ácido linoleico (18:2;9,12) e o ácido α-linolénico (18:3;9,12,15) não são sintetizados nas células dos mamíferos e dizem-se essenciais ou nutricionalmente indispensáveis. O ácido linoleico é exemplo de um ácido gordo da série ω6 (ómega 6). Nos ácidos gordos ω6 a dupla ligação que está mais distante do grupo carboxílico situa-se entre o 6º e o 7º carbono a contar do fim; no caso do ácido linoleico o carbono ω6 corresponde ao carbono 13 e a dupla ligação mais distante do grupo carboxílico situa-se entre os carbonos 12 e 13. O ácido α-linolénico é exemplo de um ácido gordo da série ω3; ou seja, a dupla ligação mais distante do grupo carboxílico situa-se entre o 3º e o 4º carbono a contar do fim. 18- Nos mamíferos, é possível a interconversão de diferentes ácidos gordos ω6 entre si ou de diferentes ω3 entre si, mas não saltar de uma série para a outra Nos mamíferos, é possível interconverter diferentes ácidos gordos ω6 entre si (ou diferentes ω3 entre si), mas não é possível converter ácidos gordos de uma série na outra nem formar ω3 ou ω6 a partir de saturados. Quando se discutem interconversões envolvendo ácidos gordos insaturados a nomenclatura ω tem vantagens relativamente à que ordena os carbonos considerando o carbono 1 o carbono carboxílico (nomenclatura clássica). Quando ocorre elongação, o número de carbonos de um ácido gordo aumenta 2 carbonos (que se ligam ao carbono que era originalmente o carboxílico) e, na nomenclatura clássica, o número associado aos carbonos onde existiam duplas ligações aumenta de igual modo; os carbonos continuam os mesmos, mas passam a ter um número diferente. No entanto, explicando a preferência pela nomenclatura ω quando se tratam destes temas, a numeração ω não é afetada. Ver Fig A síntese de ácido araquidónico a partir do ácido linoleico e de eicosapentaenoico a partir do ácido α-linolénico O ácido araquidónico (20:4;5,8,11,14) é um ácido gordo ω6 e é precursor na síntese de eicosanoides 3 e do neurotransmissor anandamida. O ácido araquidónico (ω6; 20:4) pode formar-se nos mamíferos a partir do linoleico (ω6; 18:2), por ação sequenciada da (1º) dessatúrase 6, (2º) de elongação e (3º) da dessatúrase 5 (ver Fig. 2). A dessaturação no carbono 6 (ver Equação 20) forma o ácido γ-linolénico (18:3;6,9,12 ou ω6; 18:3), que, elongado em 2 carbonos (ver Equação 21), origina o ácido eicosatrienóico da série ω6 (20:3;8,11,14 ou ω6; 20:3); a dessaturação, agora no carbono 5, origina o ácido araquidónico (ver Equação 22). Admitindo que o NADH não intervém nas reações de 3 Eicosanoides são substâncias (prostaglandinas, tromboxanos, leucotrienos e lipoxinas) formadas a partir de ácidos gordos poli-insaturados com 20 carbonos que se libertam em muitas células do organismo e que provocam efeitos interagindo com recetores situados na membrana celular das mesmas células onde se libertam (sinalização autócrina) ou em outras células da proximidade (sinalização parácrina). Página 7 de 11

8 dessaturação, a Equação 23 é a que representa o somatório do processo de síntese de araquidonil-coa a partir de linoleil-coa. Equação 20 linoleil-coa + O 2 + NADH ou NADPH γ-linolenil-coa + 2 H 2 O + NAD + ou NADP + Equação 21 γ-linolenil-coa + malonil-coa + 2 NADPH eicosatrienoil-coa + 2 NADP + + CoA + H 2 O +CO 2 Equação 22 eicosatrienoil-coa + O 2 + NADH ou NADPH araquidonil -CoA + 2 H 2 O + NAD + ou NADP + Equação 23 linoleil-coa + 2 O NADPH + malonil-coa araquidonil-coa + 5 H 2 O + 4 NADP + + CoA + CO 2 O EPA (ácido eicosa-penta-enoico, 20:5;5,8,11,14,17 ou ω3; 20:5) é, tal como o α-linolénico (ω3; 18:3), um ácido ω3; forma-se numa sequência de reações iguais às referidas para o caso do ácido araquidónico mas, neste caso, partindo do ácido α-linolénico (ver Fig. 2). Admitindo que o NADH não intervém nas reações de dessaturação, a Equação 24 é a que representa o somatório do processo de síntese de eicosa-penta-enoil-coa a partir de α-linolenil-coa. Equação 24 α-linolenil-coa + 2 O NADPH + malonil-coa eicosa-penta-enoil-coa + 5 H 2 O + 4 NADP + + CoA + CO 2 De facto, quer na síntese de ácido araquidónico quer na de EPA, os substratos, os intermediários e os produtos das vias em análise são sempre ácidos gordos ativados: os acis-coa respetivos. 20- A via de síntese de triacilgliceróis que ocorre nos enterócitos parte de 2-monoacilglicerol Durante a digestão intestinal dos triacilgliceróis (os mais abundantes lipídeos da dieta) forma-se maioritariamente 2-monoacilglicerol e ácidos gordos que são absorvidos. Os ácidos gordos de cadeia longa e muito longa são esterificados nos enterócitos regenerando-se os triacilgliceróis: os ácidos gordos são ativados (sintétase de acil-coa: ver Equação 16) e os resíduos acilo dos acis-coa são transferidos para as posições 1 e 3 do 2-monoacilglicerol por ação catalítica de duas transférases de acilo. Os triacilgliceróis formados vão, a seguir, incorporar-se nos quilomicra. 21- A via de síntese de triacilgliceróis que ocorre na maioria dos tecidos e órgãos parte de glicerol-3-fosfato No fígado, no rim, na glândula mamária ativa, no tecido adiposo e nos músculos, o aceitador de resíduos acilo no processo de síntese de triacilgliceróis não é o 2-monoacilglicerol, mas o glicerol-3- fosfato. No tecido adiposo e nos músculos não existe cínase do glicerol (ver Equação 25) e todo o glicerol-3-fosfato resulta da redução da dihidroxiacetona-fosfato, um intermediário da glicólise (desidrogénase do glicerol-3-fosfato: ver Equação 26). Nos casos do fígado, do rim e da glândula mamária ativa, a presença da cínase do glicerol (ver Equação 25) permite a formação de glicerol-3-fostato a partir de glicerol e ATP. Equação 25 ATP + glicerol glicerol-3-fosfato + ADP Equação 26 dihidroxiacetona-fosfato + NADH glicerol-3-fosfato + NAD + Na via da síntese dos triacilgliceróis, o glicerol-3-fosfato aceita (por ação catalítica de duas transférases de acilo que atuam sequencialmente) dois resíduos acilo de acis-coa formando-se, primeiro, o 1-acil-glicerol-3-fosfato e a seguir o 1,2-diacilglicerol-fosfato (ou ácido fosfatídico ou fosfatidato); ver Equação 27 e Equação 28. De seguida, a fosfátase do ácido fosfatídico catalisa a formação do 1,2- diacilglicerol (ver Equação 29) que aceita outro acilo formando-se o triacilglicerol (ver Equação 30). A equação soma que descreve a síntese de triacilglicerol (esterificação) a partir de glicerol-3-fosfato e acis- CoA é a Equação 31. Página 8 de 11

9 Equação 27 Equação 28 Equação 29 Equação 30 Equação 31 glicerol-3-fosfato + acil-coa 1-acil-glicerol-3-fosfato + CoA 1-acil-glicerol-3-fosfato + acil-coa 1,2-diacilglicerol-3-fosfato (= ácido fosfatídico) + CoA ácido fosfatídico + H 2 O 1,2-diacilglicerol + Pi acil-coa + 1,2-diacilglicerol triacilglicerol + CoA glicerol-3-fosfato + 3 acil-coa + H 2 O triacilglicerol + 3 CoA + Pi 22- Os triacilgliceróis constituem a mais abundante forma de reserva de energia do organismo Os triacilgliceróis constituem a mais abundante forma de reserva de energia num indivíduo normal e encontram-se maioritariamente no tecido adiposo (cerca de 95% dos lipídeos de um homem jovem normal encontram-se no tecido adiposo). A gordura de um indivíduo adulto normal com 70 kg (cerca de kg de gordura) permite custear as suas necessidades energéticas durante cerca de 2 meses. As fibras musculares também acumulam uma pequena quantidade de gordura no seu interior (cerca de 300 g no conjunto do organismo). No exercício físico, juntamente com os triacilgliceróis dos adipócitos, os triacilgliceróis intramiocelulares têm um papel energético relevante. 23- A regulação dos processos de dessaturação e esterificação A ação ativadora da insulina na síntese de lipídeos e a ação inibidora dos ácidos gordos poliinsaturados não se limita à lipogénese de novo. A ativação, pela insulina, da síntese de SREBP-1c e a ação inibidora dos ácidos gordos poliinsaturados na síntese deste fator de transcrição levam, respetivamente, ao aumento e à inibição da transcrição de genes da lipogénese entendida num sentido mais amplo. Para além dos genes da líase do ATP-citrato, da carboxílase de acetil-coa e da síntase do palmitato também são genes alvo do SREBP- 1c, os genes da dessatúrase do estearil-coa (ver Equação 19) [3], da acil-transférase do glicerol-3- fosfato (a primeira enzima no processo de esterificação; ver Equação 27) e genes de enzimas envolvidas no processo de elongação de ácidos gordos. A transcrição do gene da dessatúrase do estearil-coa também é ativada pelo fator de transcrição ChREBP. Pelo menos no tecido adiposo, a disponibilidade de glicerol-3-fosfato (que se forma a partir da glicose, via dihidroxiacetona-fosfato; ver Equação 26) também ativa o processo de esterificação. No tecido adiposo, a formação de dihidroxiacetona-fosfato depende da entrada de glicose para dentro dos adipócitos que é ativada pela insulina via mobilização de GLUT4 para a membrana celular destas células. 1. Hellerstein, M. K. (1999) De novo lipogenesis in humans: metabolic and regulatory aspects, Eur J Clin Nutr. 53 Suppl 1, S Jump, D. B., Botolin, D., Wang, Y., Xu, J., Christian, B. & Demeure, O. (2005) Fatty acid regulation of hepatic gene transcription, J Nutr. 135, Foster, D. W. (2004) The role of the carnitine system in human metabolism, Ann N Y Acad Sci. 1033, Página 9 de 11

10 Fig. 1: Lipogénese de novo, processos de síntese de NADPH, elongação do palmitil-coa, dessaturação de palmitil-coa e estearil-coa (dessatúrase 9), assim como síntese de glicerol-3-fosfato e triacilgliceróis (TAG). Página 10 de 11

11 Fig. 2: Biosíntese do ácido araquidónico a partir do ácido linoleico e do ácido eicosapentaenoico (EPA) a partir do ácido α-linolénico. Página 11 de 11