Metabolismo Lipídico – Ácidos Graxos e Colesterol

1. Metabolismo Lipídico – Ácidos Graxos e Colesterol UNIOESTE – Curso de Enfermagem – Disciplina de Bioquímica 13ª Aula Teórica – Dia 25/06/2014 Mustafa Hassan Issa

2. 2 Referência da Aula: Livro de Bioquímica do Stryer Capítulo 22 (5ª/6ª Ed.)

3. - O Catabolismo dos Ácidos Graxos (tanto da dieta como da reserva contida no tecido adiposo), ocorre de modo Oxidativo (de modo aeróbio, na presença de Oxigênio), por meio da Acetil Coenzima A (Acetil CoA); - A Acetil CoA, é um intermediário molecular de alta energia no Metabolismo Celular humano, e exerce papel fundamental no metabolismo dos lipídeos; - Quando não usada imediatamente para geração de energia celular, a Acetil-CoA é empregada por exemplo na biossíntese endógena (Anabolismo) tanto de Ácidos Graxos como também do Colesterol. Metabolismo dos Lipídeos – Ácidos Graxos 3

4. - As vias de síntese e de degradação dos Ácidos Graxos são processos relativamente simples, e são essencialmente o reverso um do outro; - No processo de degradação ocorre a formação de diversas Acetil CoA, que posteriormente poderão ser encaminhadas ao Ciclo de Krebs, e em seguida, na CTE/Fosf. Oxidativa ser extraído o máximo de energia reservada nos ATPs (Transportadores Fosfatados) (“moeda corrente de energia”); - De modo oposto, no processo de Síntese de um Ácido Graxo, são utilizados os carbonos contidos nas Acetil CoA disponíveis na célula, mais NADPH. 4 Metabolismo dos Lipídeos – Ácidos Graxos

5. b-mercaptoetilamina Ácido pantotênico Adenosina R – C – S – CoA Acil CoA H3C – C – S - CoA Acetil CoA " O " O Carreadora de até 2 carbonos 5 Transportadores de Carbonos – Acetil CoA

6. 6 Reações de Biossíntese - O ATP e NADPH são respectivamente as principais fontes de Energia Livre e Elétrons.

7. - Principais lipídeos oriundos da dieta: Triglicerídeos; - Mas também são ingeridos: Ácidos Graxos Livres, Colesterol Livre e Esterificado; - No TGI estes lipídeos são emulsificados no Duodeno sob ação dos Sais Biliares, formando estruturas anfipáticas denominadas Micelas que proporcionarão o ambiente adequado para que haja a digestão enzimática destes lipídeos adquiridos pela dieta. Digestão e Absorção dos Lipídeos 7

8. * *Piruvato 8 Conversão de Energia - 3 Estágios Estágios na extração da energia dos alimentos: - As vias catabólicas convergem no Ciclo do Ácido Cítrico (Ciclo de Krebs).

9. 9 Metabolismo dos Ácidos Graxos e Triglicerídeos • Além de servirem para a constituição das membranas plasmáticas, os Ácidos Graxos (AGL e provenientes da quebra dos Triglicerídeos) na sua oxidação servem como fonte energética aos mais diversos tecidos (especialmente ao Fígado e aos Músculos); • A disposição destes Ácidos Graxos provenientes da dieta, ou mobilizados de seus depósitos (nos Adipócitos na forma de Triglicerídeos), acontece de acordo com a necessidade energética do organismo, especialmente: No estado de jejum (baixa disponibilidade de carboidratos) sob a ação de alguns mediadores hormonais.

10. 10 Mobilização dos depósitos e a Reação de Oxidação dos Ácidos Graxos • Os Triglicerídeos, localizados no tecido adiposo são uma forma de reserva energética altamente concentrada (muita pouca água é utilizada); • A Reação de Oxidação completa de 1 Grama de Ácidos Graxos até CO2 e H2O gera em média 9 kcal; • Comparação: 1 Grama de Carboidrato ou Proteína, oxidados até CO2 e H2O, geram em média, 4 kcal cada.

11. 11 Oxidação dos Ácidos Graxos (1) • Lipólise: Os Triglicerídeos localizados no tecido adiposo são hidrolisados à AGL + Glicerol, quando a célula recebe a sinalização de Hormônios como a Adrenalina, Glucagon, Noradrenalina e ACTH (quando há jejum ou a diminuição da Glicose); • Neste momento é ativada a Enzima Lipase Hormônio Sensível (Triacilglicerol Lipase) do Adipócito; • A Enzima Lipase Hormônio Sensível do tecido adiposo, catalisa a hidrólise dos Triglicerídeos, resultando em: 1 Glicerol + 3 Ácidos Graxos Livres.

12. Lipase Hormônio Sensível Lipase Lipoprotéica Glicerol AG AG AG Adipócito 12 Ativação da Enzima Lipase Hormônio Sensível no Adipócito

13. 13 Ativação da Enzima Lipase Hormônio Sensível (Triacilglicerol Lipase) no Adipócito

14. 14 Ação da Enzima Lipase Hormônio Sensível no Adipócito

15. 15 Oxidação dos Ácidos Graxos (2) 1) Destino do Glicerol: Segue ao Fígado onde pode servir como precursor para Biossíntese de Glicose (Gliconeogênese). 2) Destino dos AGL: São carreados no sangue pela Albumina Plasmática, e quando chegam às células, são ativados na membrana externa da Mitocôndria quando são ligados à Coenzima A (CoASH), pela ação da Enzima Acil CoA-Sintetase (ou Enzima Ácido Graxo Tiocinase), onde sofrerão Beta Oxidação para disponibilizar a energia contida nas ligações entre os Carbonos.

16. MITOCÔNDRIA MITOCÔNDRIA MEMBRANA INTERIOR MEMBRANA INTERIOR MEMBRANA MEMBRANA EXTERIOR EXTERIOR CRISTAS CRISTAS MATRIZ MATRIZ 16 Oxidação dos Ácidos Graxos (2)

17. RCOO- + CoA + 2 ATP + H2O  RCO-CoA + 2 AMP + 4 Pi + 2 H+ 17 Oxidação dos Ácidos Graxos (2) - Ação da Enzima Acil CoA-Sintetase sobre um AGL na membrana externa da Mitocôndria formando um Ácido Graxo ativado: Acil CoA (RCO-CoA).

18. 18 Oxidação dos Ácidos Graxos (2) • Em seguida, o catabolismo aeróbio dos AGL ocorrerá na região da Matriz Mitocondrial para sofrerem o processo da Beta-Oxidação, desta forma, necessitam de um mediador para chegar nesta porção mitocondrial; • Este transportador é a Carnitina, que liga aos Ácidos Graxos Ativados (Acil CoA); • Na Matriz Mitocondrial, a Beta-Oxidação consiste na fragmentação (quebra) da cadeia de Ácido Graxo, a cada 2 Carbonos, a partir da porção terminal Acil-CoA; • Isto resulta na produção de 1 Acetil-CoA, mais 1 NADH e 1 FADH2, que devem seguir para o Ciclo de Krebs e CTE (que também ocorrem na Matriz Mitocondrial).

19. 19 Ação do Transportador Carnitina

20. 20 Oxidação dos Ácidos Graxos (3) - Na Matriz Mitocondrial, o processo da Beta-Oxidação (liberação a cada 2 carbonos) consiste de 4 reações: 1) Uma reação de Oxidação: Formado 1 FADH2; 2) Uma reação deHidratação (incorporação de 1 H2O); 3) Uma segunda reação de Oxidação: Formado 1 NADH; 4) Uma reação de Clivagem Tiólica: Libera 1 Acetil-CoA (Tiólise) carregando 2 Carbonos do Ácido Graxo.

21. Enzima: Acil CoA Desidrogenase (FAD é o Cofator) Ácido Palmítico (16C) Forma-se uma ligação dupla trans entre os Carbonos 2 e 3 do Ácido Graxo 21 Oxidação dos Ácidos Graxos (3) - 4 sequências de reações da Beta-Oxidação na Matriz Mitocondrial: 1) 1ª Reação de Oxidação: Forma-se 1 FADH2:

22. Enzima: Enoil Coa Hidratase Hidratação da dupla ligação entre os Carbonos 2 e 3 do Ácido Graxo 22 Oxidação dos Ácidos Graxos (3) - 4 sequências de reações da Beta-Oxidação na Matriz Mitocondrial: 2) Reação deHidratação (incorporação de 1 H2O):

23. Enzima: L-3-Hidroxiacil CoA Desidrogenase (NAD é o Cofator) Transformação da Hidroxila do Carbono 3 do Ácido Graxo em Cetona 23 Oxidação dos Ácidos Graxos (3) - 4 sequências de reações da Beta-Oxidação na Matriz Mitocondrial: 3) 2ª Reação de Oxidação: Forma-se 1 NADH:

24. Enzima: Beta-Cetotiolase (Tiolase) Clivagem do Ácido Graxo no Carbono 2 formando 1 Acetil-CoA (entra 1 CoA-SH) 24 Oxidação dos Ácidos Graxos (3) - 4 sequências de reações da Beta-Oxidação na Matriz Mitocondrial: 4)Clivagem Tiólica, que libera 1 Acetil-CoA com retirada de 2 Carbonos do Ácido Graxo:

25. 25 Oxidação dos Ácidos Graxos • Para os Ácidos Graxos Saturados em número par de átomos de carbono, as 4 etapas se repetem de forma sequencial, onde cada ciclo de reação produzirá 1 FADH2, 1 NADH e 1 Acetil-CoA; • O último ciclo da Beta-Oxidação, origina 2 Acetil-CoA (com 1 FADH2 e 1 NADH ao invés de 2 FADH2 e 2 NADH); • A Acetil-CoA segue ao Ciclo de Krebs (onde é oxidada a 2 CO2 e 3 NADH e 1 FADH2), e os FADH2eNADH seguem para a CTE onde sofrem Fosforilação Oxidativa, resultando em energia na forma de ATP (oxidação dos elétrons e formação de H2O); • Um segundo destino da Acetil-CoA pode ser o Fígado, onde poderá servir de base para a biossíntese endógena de Glicose (Gliconeogênese); • Um terceiro destino da Acetil-CoA é a conversão para Corpos Cetônicos (Ácidos Cetônicos).

26. 26 Oxidação dos Ácidos Graxos (4) - Sequência final de reações da Beta-Oxidação na Matriz Mitocondrial: - Último ciclo da Beta-Oxidação, originando 2 Acetil-CoA: Enzima: Beta-Cetotiolase (Tiolase) Clivagem do Ácido Graxo no Carbono 2 formando 2 Acetil-CoA

27. 27 • -Oxidação do Palmitato (Ácido Palmítico – 16C) FADH2 NADH2 FADH2 NADH2 FADH2 NADH2 FADH2 NADH2 FADH2 NADH2 FADH2 NADH2 FADH2 NADH2 16C 14C 12C 10C 8C 6C 4C 2C AcCoA AcCoA AcCoA AcCoA AcCoA AcCoA AcCoA AcCoA

28. FADH2 =7 x 1,5 ATP = 10,5 ATP NADH =7 x 2,5 ATP = 17,5 ATP Acetil CoA =8 x 9 ATP = 72 ATP Total = 100 ATP / Palmitato Etapa de Ativação do Ácido Graxo = - 2 ATP 28 Balanço Energético

29. 29 Balanço Energético 98 ATP / Palmitato

30. 30 Processamento Energético + 7 NADH + 7 FADH2

31. 31 Oxidação dos Ácidos Graxos • Para os Ácidos Graxos Saturados em número impar de átomos de carbono (raros), ocorre da mesma forma que as reações de Ácidos Graxos Saturados em número par; • A diferença se encontra no último ciclo da Beta-Oxidação se origina 1 Acetil-CoA (2 Carbonos) mais 1 molécula ativada com 3 carbonos chamada Propionil-CoA (convertida a Succinil-CoA no Ciclo de Krebs).

32. 32 Oxidação dos Ácidos Graxos • Para os Ácidos Graxos Insaturados, ocorre da mesma forma que as reações dos demais Ácidos Graxos Saturados, até atingir a dupla ligação; • Neste ponto da cadeia, não ocorre a formação deFADH2, e a célula gasta energia para quebra da ligação; • O resultado é a produção de menos energia (ATP), em relação a um Ácido Graxo equivalente de Cadeia Saturada.

33. 33 Metabolismo dos Corpos Cetônicos • O metabolismo dos Ácidos Graxos é regulado de tal forma que somente pequenas quantidades de Acetil-CoA são produzidas em excesso; • O excesso (via Beta-Oxidação) pode ocorrer nos estados de jejum prolongado e no diabetes mellitus; • O excesso de Acetil-CoA produzido são convertidos em Corpos Cetônicos no Fígado, pelo processo da Cetogênese; • Corpos Cetônicos: Acetoacetato (fonte primária dos demais corpos cetônicos), Beta-Hidroxibutirato e a Acetona.

34. 34 Formação dos Corpos Cetônicos

35. 35 Metabolismo dos Corpos Cetônicos • Estes compostos podem ser utilizados como fonte energética pelas células; • Porém, quando a velocidade de produção de Corpos Cetônicos pelo Fígado excede a capacidade de utilização pelos tecidos periféricos, pode resultar em acúmulo plasmático (cetonemia), e aparecimento na urina (cetonúria); • Quando a formação de Corpos Cetônicos atinge níveis acima da capacidade compensatória dos sistemas tampões, desenvolve-se a cetoacidose.

36. 36 Metabolismo dos Corpos Cetônicos • Os Músculos Cardíaco e Esquelético, e o Cérebro no jejum muito prolongado são os principais órgãos que utilizam Corpos Cetônicos como fonte de energia; • O catabolismo dos Corpos Cetônicos, produz Acetil-CoA que entra no Ciclo de Krebs, sendo oxidada até CO2, H2O e ATP.

37. Metabolismo do Colesterol 37

38. 38 Metabolismo do Colesterol • O Colesterol é um Isoprenóide derivado de duas fontes: Dieta e da “Síntese de Novo” (Síntese Endógena); • De modo geral, o equilíbrio entre as 2 fontes ocorre da seguinte forma: A síntese endógena é diminuída quando há Colesterol suficiente oriundo da dieta. De modo oposto, a síntese endógena é estimulada quando a dieta é pobre em Colesterol; • Apesar de todos os tecidos poderem sintetizar Colesterol, a maior parte desta, ocorre no Fígado.

39. 39 Metabolismo do Colesterol • A biossíntese endógena do Colesterol ocorre em 3 etapas (Síntese de Novo): 1) Síntese de 3-Hidroxi 3-Metilglutaril-CoA (HMG-CoA); 2) Síntese do Mevalonato (Ácido Mevalônico); 3) Síntese do Colesterol (Conversão do Esqualeno no núcleo esteróide com 4 anéis).

40. 40 Metabolismo do Colesterol (1) 1-Síntese de 3-Hidroxi 3-Metilglutaril-CoA (HMG-CoA): - Duas moléculas de Acetil-CoA se condensam para formar Acetoacetil-CoA; - Na sequência, uma terceira molécula de Acetil-CoA é adicionada, produzindo HMG-CoA, que possui 6 carbonos na molécula; - Esta etapa da síntese, é catalisada pela Enzima HMG-CoA Sintase.

41. 41 Metabolismo do Colesterol (2) 2-Síntese do Mevalonato: - A reação de redução da HMG-CoA é a etapa limitante da biossíntese do Colesterol; - Nesta etapa, são consumidos duas moléculas de NADPH, como agente redutor, e é liberada a CoA, formando o Mevalonato (Ácido Mevalônico); - A liberação da CoA torna a reação irreversível (etapa limitante do processo); - Esta etapa da síntese, é catalisada pela enzima HMG-CoA Redutase (Substrato é a HMG-CoA).

42. 42 Metabolismo do Colesterol - Biossíntese

43. 43 Metabolismo do Colesterol (3) 3-Síntese do Colesterol: - A partir do Mevalonato, uma série de reações complexas (7 Etapas) resultam no Esqualeno (ainda não possuem os 4 anéis de carbono em ciclos) com 30 átomos de carbono; - A ciclização do Esqualeno pela ação da Enzima Esqualeno-Monoxigenase forma uma nova estrutura com 30 átomos de carbono, chamada Lanosterol, por sua vez, o primeiro Esteróide da Biossíntese do Colesterol; - A partir do Lanosterol, uma nova série de 19 reações complexas resultam na molécula do Colesterol com 27 átomos de carbono.

44. 44 Metabolismo do Colesterol -Biossíntese

45. 45 Mecanismo de Inibição da Enzima HMG-CoA Redutase Pelas Estatinas

46. Obrigado, agradeço a atenção de todos

47. Perguntas…?