Bioquímica Fundamentos da Bioquímica Lipídios Profª. Ana Elisa Matias
Lipídios Biomoléculas compostas por carbono (C), hidrogênio (H) e oxigênio (O). São vulgarmente conhecidos como gorduras (lipos: grego gordura). 2
DEFINIÇÃO Substâncias caracterizadas pela sua baixa solubilidade em água e alta solubilidade em solventes orgânicos (álcool, benzina, éter, clorofórmio...). Suas propriedades físicas refletem a natureza hidrofóbica das suas estruturas químicas.
Classificação Ácidos graxos e derivados Triacilglicerois Cerídios Fosfolipídeos (glicerofosfolipídeos e esfingosinas) Esfingolipídeos (contêm moléculas do aminoálcool esfingosina) Isoprenóides (moléculas formadas por unidades repetidas de isopreno, um hidrocarboneto ramificado de cinco carbonos) constituem os esteróides, vitaminas lipídicas e terpenos.
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Lipídios são sinônimos de gorduras. Mas também estão incluídos nesse grupo os fosfolipídios, os esteróides, as prostaglandinas e os terpenos. A maioria das membranas lipídicas são anfipáticas (dupla afinidade): apresentam uma região hidrofílica (polar) e uma hidrofóbica (apolar). CH 3 (CH 2 ) 14 -COO - apolar polar 6
FUNÇÕES Reserva de energia e combustível celular São armazenados nas células de gordura, os adipócitos, que possuem distribuições características em homens e mulheres. Membranas celulares (fosfolipídios e glicolipídios) Isolamento e proteção de órgãos Impermeabilizante (ceras) Isolante térmico Hormonal (esteróides) Anti-oxidante (Vitaminas A e E) Digestiva (sais biliares)
Funções na Dieta Fonte de combustível; Suprimento de nutrientes essenciais; Saciedade e palatabilidade alimentar. Fonte energética; Funções no organismo Isolamento térmico; Proteção de órgãos vitais; Impulso de transmissão nervosa; Metabolismo celular;
Funções cruciais Cofatores enzimáticos Transportadores de elétrons Âncoras hidrofóbicas para proteínas Auxílio no dobramento de proteínas Agente emulsificante trato digestório Hormônios Mensageiros intracelulares
Armazenamento PLANTAS = armazenam óleo em suas sementes. Exemplos: Milho, Girassol, Soja, Canola, etc. MAMÍFEROS & AVES = armazenam gorduras em células especiais no tecido adiposo (camada especial de células localizada sob a pele). 10
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Os lipídios não formam polímeros. As longas cadeias lipídicas se dão por ligação C-C de forma aleatória e não continuada (não é uma união de monômeros). Quimicamente as gorduras são sintetizadas pela união de três ácidos graxos a uma molécula de glicerol, formando um triéster. 12
Cada grama de lipídio armazena 9 quilocalorias de energia, enquanto cada grama de glicídio ou proteína armazena somente 4 quilocalorias. Os lipídios podem ser classificados em óleos (substâncias insaturadas) e gorduras (substâncias saturadas), encontrados nos alimentos, tanto de origem vegetal quanto animal. 13
Classificação LIPÍDIOS SIMPLES - Glicerídios, Triglicerídios e cerídios. LIPÍDIOS COMPOSTOS (apresentam outros grupos na molécula, além dos ácidos graxos e álcoois) - Fosfolipídios, Glicolipídios e Glicoproteínas. ESTERÓIDES - Hormônios sexuais, Vitamina D, Sais Biliares e Colesterol. 14
Lipídeos Simples Óleos e Gorduras H O H C O C O R 1 H C O C H C H O C O R 2 R 3 Compostos formados partir da esterificação de ácidos graxos e alcoóis (glicerol). H H H H C C C O O O H H H + + + H O H O H O O C O C C O R 1 R 1 R 1 H O H C O C R 1 H + O H C O C H H Glicerol Ácido carboxílico Triacilglicerol (óleo ou gordura) H C O C O R 2 R 3 + 3 H O H água 15
GLICEROL (C 3 H 8 O 3 ) = é um álcool cujas moléculas apresentam 3 átomos de carbono, aos quais estão unidos por 3 grupos hidroxila (-OH). 16
Diferença entre óleos e gorduras GORDURAS = Apresentam ácido graxo de cadeia saturada (simples ligações). São sólidas à temperatura ambiente. ÓLEOS = Apresentam ácido graxo de cadeia insaturada (dupla ligações). São líquidos à temperatura ambiente. 17
Gorduras e Óleos Derivados de ácidos graxos;
Ácido graxo saturado Ácido graxo insaturado 19
ÁCIDOS GRAXOS = são formados por longas cadeias de nº par de átomos de carbono com um grupo carboxila (-COOH) em uma das extremidades. 20
Os ácidos graxos típicos apresentam entre 12 e 18 átomos de carbono. - Os ácidos graxos saturados (ligações simples C-C) apresentam moléculas lineares com pontos de fusão elevados, o que faz com que sejam sólidos a temperatura ambiente. 21
Gorduras Trans A gordura trans é muito utilizada em produtos como biscoitos, bolos confeitados e salgadinhos a fim de aumentar sua validade. Contudo, esse tipo de gordura é extremamente nociva para o organismo. É pouco comum na natureza, mas é produzido a partir de gorduras vegetais para uso na indústria alimentícia. 22
Gorduras insaturadas são mais saudáveis que as gorduras saturadas. A gordura insaturada eleva o nível de lipoproteína de alta densidade no sangue (HDL ou "colesterol bom") e reduz o nível de lipoproteína de baixa densidade no sangue (LDL, ou "colesterol ruim") reduzindo a formação e/ou manutenção do ateroma. 23
o LDL colesterol (colesterol ruim) o HDL (colesterol bom) os triglicérides risco maior para as doenças cardiovasculares. Existe evidência não conclusiva ligando estes ácidos graxos ao risco aumentado de arteriosclerose e alguns tipos de câncer e, por isso, atualmente têm sido incluídos em quantidades menores nas margarinas, biscoitos e salgadinhos. 24
É a principal gordura responsável por aterosclerose. Eleva o nível de produção de LDL e diminui a de HDL, gerando assim, placas de ateroma, aumentando as chances de acontecer ataque cardíaco e derrame cerebral. Elas são encontradas em carnes, frangos, suínos, etc. 25
Aterosclerose Dietas ricas em colesterol, gorduras, triglicerídios e ácidos graxos. Acarreta à formação de um trombo nas artérias do corpo. Isso leva ao sangue : Fazer uma pressão maior nas paredes das artérias, levando à Hipertensão. Não passar mais por aquele vaso, causando um Infarto Agudo do Miocárdio (IAM) ou um Acidente Vascular Cerebral (AVC)
Aterosclerose: é uma doença inflamatória crônica caracterizada pela formação de ateromas dentro dos vasos sanguíneos. Os ateromas são placas, compostas especialmente por lipídios e tecido fibroso, que se formam na parede dos vasos. 27
Doença Arterial Coronariana Fatores de Risco Coronariano Clássicos Hist. Familiar Idade Dieta gordurosa HDL baixo LDL elevado Hipertensão TG elevados Fumo Aterosclerose Diabetes Obesidade DAC Evento Coronariano 28
Os ácidos graxos insaturados apresentam pelo menos uma ligação dupla C=C, com ligações do tipo cis ou trans. cis-ácido oleico trans-ácido oleico 29
Moléculas de ácido graxo insaturadas podem apresentar algumas dobras na cadeia, fazendo com que as ligações sejam mais fáceis de quebrar (maior tensão). - Por isso, ácidos graxos insaturados apresentam baixos pontos de fusão e são, portanto, líquidos a temperatura ambiente. Dobras 30
As gorduras saturadas são normalmente preparadas por meio de uma reação de hidrogenação (adição de hidrogênio) aos óleos vegetais, na presença de um catalisador de níquel ou platina em temperaturas próximas a 100 C. Um exemplo desse tipo de reação, na qual a insaturação (ligação dupla) foi desfeita e cada um dos átomos envolvidos se ligou a um átomo de hidrogênio da substância reagente: Hidrogenação do ácido oleico 31
Com a hidrogenação parcial, isto é, com hidrogênio insuficiente para hidrogenar todas as insaturações existentes, ocorre uma reação de isomerização com formação dos ácidos graxos trans, das cadeias insaturadas. Um exemplo é a gordura vegetal hidrogenada, que é obtida por esse método, resultando em uma mistura de gordura saturada e insaturada cis e trans. Assim, as gorduras trans apresentam em sua composição ácidos graxos insaturados com uma ou mais dupla ligação do tipo trans. 32
Lipoproteínas: estrutura e função Classes: Quilomícrons VLDL LDL HDL Maiores e menos densas, ricas em triglicerídeos, de origem intestinal Densidade muito baixa, origem hepática; Densidade baixa, ricas em colesterol Densidade alta, baixa quantidade de colesterol. 33
HDL, LDL e VLDL. As duas principais gorduras presentes no sangue são o colesterol e os triglicerídeos. As gorduras ligam-se a determinadas proteínas para deslocar-se no sangue formando as denominadas lipoproteínas. As principais lipoproteínas são as lipoproteínas de densidade muito baixa (VLDL), as lipoproteínas de baixa densidade (LDL) e as lipoproteínas de alta densidade (HDL). 34
O organismo regula as concentrações de lipoproteínas de várias maneiras. Uma delas é a redução da síntese de lipoproteínas e de sua entrada na corrente sanguínea. 35
Uma outra maneira de regular as concentrações de lipoproteínas é o aumento ou a diminuição da velocidade com que as lipoproteínas são removidas do sangue. 36
Como o HDL ajuda a diminuir a concentração de LDL no sangue? Os ácidos graxos HDL aumentam o catabolismo de uma apoproteína (apob), que é a principal constituinte das partículas de LDL. Além disso, aumentam a excreção fecal de colesterol nos ácidos biliares, os quais carregam a enzima capaz de quebrar as moléculas de lipídios (lipases). 37
Gorduras Monoinsaturadas Apresentam uma ligação dupla na molécula. Estão presentes em alimentos como o azeite de oliva, canola, abacate, amendoim e alguns tipos de nozes. Ajuda a reduzir o colesterol ruim no sangue (LDL- Colesterol), sem reduzir os de HDL-Colesterol. Porém seu consumo em excesso não é recomendável. 38
Gorduras Poliinsaturadas Ácidos graxos com mais de uma ligação dupla na sua molécula. As mais "famosas" são Ômega 3 e 6. Esse tipo de gordura ajuda a aumentar as taxas do "colesterol bom", o HDL, e manter baixas as taxas do colesterol ruim, o LDL. 39
Ômega 3: ácidos carboxílicos poliinsaturados, em que a dupla ligação está no terceiro carbono a partir da extremidade oposta à carboxila. Muitos deles são chamados de "essenciais" porque não podem ser sintetizados pelo corpo e devem ser obtidos diretamente da alimentação. 40
Ômega 6: são uma família de ácidos graxos insaturados que tem em comum uma terminação carbono carbono na posição n 6. 41
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Exercício Um estudante de nutrição precisa separar três ácidos graxos de acordo com o ponto de fusão exibido por cada um. O estudante observou que a -17 o C já era possível separar um dos ácidos graxos. Quando a temperatura da mistura foi elevada para 13 o C, o segundo ácido graxo foi separado, sendo o último obtido quando o composto foi aquecido a 69 o C. O estudante sabia que sua mistura tinha: (a)ácido esteárico (18 C), saturado; (b)ácido Oleico (18 C), uma ligação C=C; (c)ácido linoleico (18 C), duas ligações C=C. Quais foram os ácidos obtidos na primeira, na segunda e na terceira separação? 43
Fosfolipídios Estrutura: - Glicerol + 2 ácidos graxos + PO 4. 44
Fosfolipídios Nas células existem duas classes de fosfolipídios: os glicerofosfolipídios e esfingofosfolipídios. (a) Glicerofosfolipídios: possuem dois ácidos graxos unidos a uma molécula de glicerol, uma vez que o terceiro grupo hidroxila deste álcool se encontra esterificado com um fosfato, unido por sua vez a um segundo álcool. Ocorrência: membrana interna das mitocôndrias. 45
(b) Esfingofosfolipídios: contêm ceramida, que é uma molécula formada pela união de ácidos graxos com uma serina (a qual substitui o glicerol presente nos glicerofosfolipídios). - A união de uma serina com um dos ácidos graxos forma o aminoálcool chamado esfingosina ou esfingol. - O esfingofosfolipídio existente nas células é a esfingomielina, encontrada principalmente no tecido nervoso. Serina 46
Esfingosina Serina 47
Os fosfolipídios são importantes constituintes da membrana celular, pois sua forma arranjada em bicamadas permite que a célula apresente uma barreira física entre o meio intra e o meio extracelular, além de alocar as proteínas (hidrofóbicas) no meio intramembranar. 48
Molécula lipídica Trata-se de uma reação de ESTERIFICAÇÃO!! 49
Cada molécula de glicerol pode reagir com até três ácidos graxos para formar uma molécula de triglicerol ou triglicerídeo. Ligação éster Triglicerol ou Triglicerídeo 50
Hidrofóbico ou Hidrofílico? Cauda do ácido graxo: hidrofóbico. Grupo fosfato: hidrofílico. Molécula anfipática! Possibilidade de formação de micelas! 51
CH 3 (CH 2 ) 14 -COO - apolar polar 52
As gorduras têm suas cadeias "quebradas" no organismo pela ação de uma enzima chamada lipase, produzida pelo pâncreas. 53
Bile Bile, bílis ou suco biliar é um fluido produzido pelo fígado (produz cerca de um litro de bile por dia), e armazenado na vesícula biliar que atua na digestão de gorduras através da ação da lípase pancreática, uma enzima produzida pelo pâncreas. O principal ácido que compõe a bile é o ácido clorídrico porém ela inclui outros tipos de ácidos com o objetivo de digerir os diferentes tipos de lipídeos (gorduras). 54
A função principal da lipase é a quebra dos lipídios em substâncias simples (ácido graxo + glicerol (álcool)). 55
Metabolismo dos Lipídios: β-oxidação Vesícula biliar Gorduras ingeridas na dieta 8. Os ácidos graxos são oxidados como combustíveis ou reesterificados para armazenamento Miócito ou Miócito ou adipócito adipócito 1. Os sais biliares emulsificam as gorduras, formando micelas mistas 2. As lipases intestinais degradam os triacilgliceróis Intestino delgado 3. Os ácidos graxos são captados pelas células da mucosa intestinal e convertidos em triacilgliceróis Mucosa intestinal Capilar 7. Os ácidos graxos penetram nas células 6. A lipase lipoprotéica ativada pela apoc-ii no capilar libera ácidos graxos e glicerol 5. Os quilomícrons movem-se através do sistema linfático e da corrente sanguínea até os tecidos Quilomícron 4. Os triacilgliceróis são incorporados nos quilomícrons, juntamente com colesterol e apolipoproteínas 56
Quilomícrons Composição: Apoliproteínas Triacilgliceróis Colesterol Fosfolipídios
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. 58
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 acetil-coa. A quantidade de acetil-coa gerado vai depender do tamanho da cadeia de carbonos, pois é isso que determina a quantidade de ciclos. 59
Em um ácido graxo de 16C há a formação de 8 Acetil- CoA 7FADH 7NAD Ciclo de Krebs
β-oxidação dos Lipídios Em cada ciclo são retirados dois carbonos da cadeia carbonada do ácido graxo para a formação do acetilcoa. 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. 61
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. 62
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.
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 64
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. 65
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.
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
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. 68
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 69
1 a OXIDAÇÃO
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. 71
HIDRATAÇÃO trans- 2-enoil- CoA enoil-coa hidratase L- -hidroxi-acil- CoA
RE-OXIDAÇÃO Alta relação entre [NADH]/[NAD] inibe L- -hidroxi-acil- CoA -cetoacil-coa
CLIVAGEM Alta concentração de acetil- CoA inibe -cetoacil-coa (C 14 ) acil-coa acetil-coa (miristoil-coa)
EQUAÇÃO GLOBAL DA -OXIDAÇÃO Palmitoil-CoA + 7 FAD + 7 NAD + + 7 H 2 O + 7 CoA 8Acetil-CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 CoA + 7H+
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. 76
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. 77
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. 78
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. 79
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 a disponibilidade de glicose é mínima. 80
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. 81
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. 82