Bioquímica Fundamentos da Bioquímica Β-Oxidação Profª. Ana Elisa Matias
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.
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.
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.
A lipase pancreática catalisa a hidrólise dos triacilgliceróis com a formação de 2 monoglicerol e 2 ácidos graxos.
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.
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.
HIDRÓLISE DO ÁCIDO GRAXO
Os ácidos graxos são degradados por oxidação em uma sequência repetitiva de reações que produzem moléculas de acetil CoA e liberam energia.
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
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
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 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
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
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 19
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
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.
1) Ativação Dos Ácidos Graxos
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. 24
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
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. 27
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)
β-oxidação dos Lipídios
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. 36
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
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
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
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
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
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