Transcript
UNIVERSIDADE FEDERAL DO AMAZONAS
INSTITUTO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLOGIA
LICENCIATURA EM QUÍMICA E BIOLOGIA
BIOQUÍMICA
Professora: Patrícia Oliveira
Alunos: Bruna Oliveira
Leo Jaime de Oliveira
Josenita Oliveira
Skárllat Kettle
ESTUDO DIRIGIDO SOBRE BIOSSÍNTESE DE ÁCIDOS GRAXOS, TRIACILGLICEROL, FOSFOLIPÍDEOS, EICOSANÓIDES E COLESTEROL
1. Qual é a molécula precursora inicial na via de biossíntese de ácidos graxos? Qual é a molécula precursora intermediária na via de biossíntese de ácidos graxos?
A oxidação dos ácidos graxos ocorre pela remoção sucessiva de grupos acetil na forma de acetil-CoA. A biossíntese dos ácidos graxos, entretanto, não ocorre pela reversão das mesmas etapas enzimáticas.
A biossíntese de ácidos graxos segue em vias diferentes, é catalisada por um conjunto distinto de enzimas e se realiza numa parte diferente da célula. Além disso, um intermediário de 3 carbonos participa da biossíntese dos ácidos graxos e CO2 também se necessário. Os intermediários da síntese de ácidos graxos estão ligados covalentemente aos grupos sulfidrila (-SH) de uma proteína transportadora de acila (ACP).
2. Como se chama o complexo multi-enzimático responsável pela biossíntese de ácidos graxos?
As enzimas da síntese de ácidos graxos estão organizados num complexo multi-enzimático denominado sintetase de ácidos graxos ou acil-sintase.
3. Qual é o principal produto da biossíntese de ácidos graxos? Esta molécula é composta de quantos átomos de carbono?
A síntese de ácidos graxos ocorre principalmente no fígado e glândulas mamárias, e em menor grau, no tecido adiposo e no rim. O processo incorpora os carbonos da acetil CoA na cadeia de ácido graxo em formação, utilizando ATP e NADPH. O resultado das etapas é a produção de um composto de quatro carbonos terminais cujos três carbonos terminais são completamente saturados, permanecendo ligados ao ACP. O processo é encerrado quando o ácido graxo atinge um comprimento de 16C, produzindo uma molécula saturada de palmitato, pela ação da tioesterase.
4. Em que compartimento celular ocorre a biossíntese de ácidos graxos?
Transporte do acetil-CoA da mitocôndria para o citosol sob a forma de citrato começando a biossíntese.
5. Quando a dieta é composta de uma grande quantidade de carboidratos, o excesso é convertido em ácidos graxos pelo fígado. Onde e como são estocados estes ácidos graxos? Como são transportados ao tecido onde serão estocados?
O fígado é outra fonte de ácidos graxos livres no estado alimentado. Os ácidos graxos são provenientes do excesso de carboidratos e aminoácidos.Esses ácidos graxos são ligados em TAG e acondicionados em VLDL, que é secretada na corrente sanguínea. TAG em quilomicrons e VLDL são hidrolisados por lipases localizada na superfície de células endoteliais de capilares de tecidos, como o adiposo e músculo esquelético. A apoproteína ApoC-II (apo = lipoproteína na sua forma de lipídio livre) encontrada em quilomicrons e VLDL ativa esse processo.
6. Qual é a principal fonte de NADPH utilizada na biossíntese de ácidos graxos:
a) Em adipócitos
A biossíntese do palmitato requer, portanto, Acetil-CoA, ATP, E NADHP. Nos NADHP nos adipócitose hepatócitos são provenientes principalmente das vias das pentoses-fosfato, e em menor grau, pela enzima málica.
b) Em hepatócitos e glândulas mamárias
Nos NADHP nos adipócitos e hepatócitos são provenientes principalmente das vias das pentoses-fosfato, e em menor grau, pela enzima málica. Nas glândulas mamárias a síntese ocorre principalmente no tecido adiposo. Inicialmente é formado o ácido palmítico, a partir do qual os outros ácidos graxos são derivados
7. Qual é o papel do ATP e do NADPH+ H+ na biossíntese de ácidos graxos?
ATP é a "moeda energética" das células. A segunda "moeda energética" é o poder redutor (H+ e/ou e'). Embora NADH e NADPH sejam quase idênticos em estrutura, eles possuem funções diferentes (coenzimas derivadas da vitamina B3). NADH usa a energia livre proveniente da oxidação de metabólitos para sintetizar ATP (fosforilação oxidativa), enquanto NADPH usa a energia para a biossíntese redutora de ácidos graxos e colesterol (entre outras).
Esta diferenciação é possível, porque as enzimas envolvidas nas etapas de redução e oxidação são altamente específicas para suas coenzimas.
8. Quantos ATPs e NADPH+ H+ são necessários a biossíntese de uma molécula de palmitato?
A síntese de uma molécula de palmitato requer 8 moléculas de acetil-CoA, 7 deATP, 14 de NADPH+ e 14 H+.
9. O malonil-CoA, um dos precursores diretos no processo de biossíntese de ácidos graxos, é inibidor da via de oxidação de ácidos graxos. Em que ponto da via de degradação de ácidos graxos atua o malonil-CoA? Discuta a compartimentalização celular como fator primordial na prevenção do ciclo fútil de síntese/degradação de ácidos graxos.
A conversão de D-metilmalonil-CoA a succinil-CoA é feita em duas etapas: transformação do isômero D em L e isomerização deste último composto utilizando 5+-adenosil-cobalamina, um derivado da vitamina B12, como coenzima. A síntese de ácidos graxos consiste na união seqüencial de unidades de dois carbonos: a primeira unidade é proveniente de acetil-CoA, e todas as subseqüentes, de malonil-CoA, formada por carboxilação de acetil-CoA. Esta reação é catalisada pela acetil-CoA, formada por carboxilação de acetil-CoA. Esta reação é catalisada pela acetil-CoA carboxilase, que tem como grupo prostético a biotina.
A síntese de ácidos graxos em bactérias e mamíferos processa-se através das mesmas reações catalisadas, todavia, por sistemas enzimáticos diferentes. A seguir será descrita a síntese em bactérias e, posteriormente, assinaladas as diferenças entre este sistema e o que ocorre em mamíferos.
A síntese inicia-se com a transferência do radical acetil da CoA para o ACP, catalisada pela primeira enzima do complexo: a acetil-CoA-ACP transacilase; este radical é, a seguir, transferido para o grupo SH de um resíduo de cisteína da Segunda enzima do complexo: a b-cetoacil-ACP sintase. O ACP, agora livre, pode receber o radical malonil da malonil-CoA, formado malonil-ACP. Segue-se uma condensação dos grupos acetil e malonil, catalisada pela b-cetoacil-ACP sintase (enzima de condensação), com liberação de CO2. Este CO2 é exatamente aquele usado para carboxilar a acetil-CoA a malonil-CoA. Por isso, apesar de CO2 ser imprescindível à síntese de ácidos graxos, seu átomo de carbono não aparece no produto. O fato de a condensação processar-se com uma descarboxilação faz com que esta reação seja acompanhada de uma grande queda de energia livre, dirigindo a reação no sentido da síntese. Justifica-se assim o gasto inicial de ATP para produzir malonil-CoA a partir de acetil-CoA: a utilização do percursor de três carbonos contorna a inviabilidade termodinâmica da condensação de duas moléculas de dois carbonos.
10. Qual das enzimas da via de biossíntese de ácidos graxos pode ser inibida por ácidos graxos de cadeia longa?
O malonil-COA e obtido a partir da carboxilacao do acetil-COA, pela enzima acetil-COA-carboxilase, este necessita da biotina para funcionar corretamente, e e inibida pelo glucagon.
11. A acetil-CoA, precursora inicial na via de biossíntese de ácidos graxos, é gerada basicamente a partir da oxidação do piruvato na mitocôndria ou a partir do catabolismo do esqueleto carbônico de aminoácidos. Ambos os processos ocorrem na matriz mitocondrial. Como a acetil-CoA chega ao citoplasma, onde é utilizada para biossíntese de ácidos graxos?
O transporte de acetil-CoA da mitocôndria para o citoplasma envolve a formação de citrato na mitocôndria (síntase do citrato: ver equação 1), o transporte de citrato para o citoplasma (ver equação 2) e a regeneração de acetil-CoA no citoplasma (ATP-citrato líase: ver equação 3)
acetil-CoA + oxalacetato + H2O citrato + CoA (reacção na mitocôndria) (1)
citrato (mitocôndria) citrato (citoplasma) (2)
citrato + CoA + ATP oxalacetato + acetil-CoA + ADP + Pi (reação no citoplasma) (3)
A carboxílase de acetil-CoA (ver equação 4) é uma lígase que contém como grupo prostético a biotina e que catalisa a formação de malonil-CoA. A reacção pode ser entendida como a acoplagem de um processo exergónico (a hidrólise do ATP) com outro endergónico (a de carboxilação da acetil-CoA).
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.
ATP + H2O + CO2 + acetil-CoA ADP + Pi + malonil-CoA (4)
12. A enzima acetil-Coa carboxilase é a enzima que catalisa o passo limitante de velocidade na via de biossíntese de ácidos graxos. Um dos mecanismos de controle da atividade desta enzima é a modificação covalente da enzima por fosforilação. Este mecanismo é ativado pelos hormônois glucagon e epinefrina. Qual é o efeito destes hormônios sobre o metabolismo de ácidos graxos.
O Glucagon está relacionado ao tecido adiposo e a Epinefrina ao músculo.
Com baixa ingestão calórica ou glicemia baixa, ocorre liberação de Glucagon e durante a atividade física ocorre liberação de Epinefrina, ambos os hormônio estimulam a degradação de triacilgliceróis via lipases intracelulares ou através do cAMP, fosforilando Lipases inibindo a síntese de glicogênio em que a insulina será responsável por inibir a degradação de triacilgliceróis e do glicogênio A adrenalina cria mecanismos para captar energia para ser utilizada em situações emergenciais e o glucagon auxilia no sentido de bloquear a ação da insulina, para permitir com que a glicose esteja disponível, priorizando-a para o cérebro e buscando formas de fornecer energia ao organismo por outras vias.
13. As enzimas Citrato liase e piruvato desidrogenase produzem acetil-CoA, a partir de citrato e piruvato, respectivamente. A atividade destas enzimas é modulada pelos hotrmônios glucagon e insulina.
a) Quais são os efeitos dos hormônios insulina e glucagon na atividade da enzima aceteil-CoA carboxilase e na biossíntese de ácidos graxos?
b) Como se comporta a biossíntese de ácidos graxos num caso grave de Diabetes Mellittus ?
Diabetes Mellitus é uma entidade patológica caracterizada por um distúrbio do metabolismo intermediário, especialmente no que tange aos carboidratos, levando ao aumento dos níveis séricos de glicose, a complicações metabólicas agudas potencialmente fatais, bem como a uma série de complicações crónicas multissistêmicas.
O glicogênio e os triglicerídeos são macromoléculas de armazenamento energético. Podem ser metabolizadas, respectivamente, em glicose e ácidos graxos, pequenas moléculas que podem ser utilizadas para a produção de energia celular.
Em condições de baixa disponibilidade de glicose, os ácidos graxos podem ser utilizados para produção de acetilCoA, um processo denominado BETA-OXIDAÇÃO, servindo de substrato energético em quase todas as células. As exceções são os neurônios e as hemácias.
Ao mesmo tempo que a glicose é produzida no fígado, os ácidos graxos são liberados dos adipócitos, devido a LIPÓLISE, reação de clivagem dos triglicerídeos. A lipólise é estimulada pela adrenalina e, em menor grau, pelo cortisol, com o efeito permissivo da hipoinsulinemia. Os ácidos graxos passam a ser os principais substratos energéticos para as células do organismo, em especial os miócitos, através da reação de BETA-OXIDAÇÃO. Se a liberação de ácidos graxos dos adipócitos for excessiva, uma parte deles é aproveitada pelo hepatócito para a síntese de corpos cetônicos - CETOGÊNESE, substâncias utilizadas como substrato energético alternativo pelas células (inclusive os neurônios). A cetogênese ocorre em pequeno grau nos indivíduos não diabéticos após um jejum prolongado.
No estado de jejum ou inter-prandial predomina o catabolismo, marcado pela glicogenólise hepática e muscular, lipólise no tecido adiposo e proteólise, juntamente à utilização de ácidos graxos (e em menor escala, corpos cetônicos) para a produção de energia na maioria das células. Os níveis glicêmicos, de fundamental importância para a função neuronal, são garantidos pela produção hepática de glicose, através da gliconeogênese. Isto é determinado pelo aumento dos hormônios contrarreguladores e queda dos níveis plasmáticos de insulina.
O aumento dos ácidos graxos circulantes também tem efeito inibitório sobre a secreção pancreática de insulina.
14. Por que motivo os ácidos graxos linoleato e linolenato são considerados essenciais para mamíferos?
Os mamíferos não podem formar linoleato e precisam obtê-lo de fontes vegetais. Os mamíferos convertem o linoleato exógeno em araquidonato, o composto progenitor de uma família de substâncias de ação muito potente e semelhantes a hormônios, os eicosanóides (prostraglandinas, tromboxanas e leucotrienos).
Os triacilgliceróis são formados pela reação de duas moléculas de acil-graxo-CoA com o glicerol-3-fosfato para formar fosfatidato. Este é defosforilado sendo a seguir acilado por uma terceira molécula de acilgraxo-CoA para liberar um triacilglicerol. Todo esse processo é regulado por hormônios. Os triacilgliceróis são transportados no sangue como quilomícrons.
Os diacilgliceróis são os principais precursores dos glicerofosfolipídios. Estes são sintetizados de diferentes maneiras pelos organismos. As células de mamíferos têm algumas vias um pouco diferentes para sintetizar a fosfatidilcolina e a fosfatidiletanolamina. O grupo cabeça álcool (colina ou etanolamina) é ativado como o derivado ligado a CDP e, então condensado com o diacilglicerol. A fosfatidilserina é derivada apenas da fosfatidiletanolamina. As sínteses dos plasmalogênios envolvem a formação de uma dupla ligação característica por uma oxidase mista. Os grupos cabeça dos esfingolipídios são ligados através de mecanismos únicos. Os fosfolipídios são transportados aos seus destinos intracelulares pelas vesículas de transporte ou por proteínas específicas.
15. O araquidonato (ácido graxo de 20 átomos de carbono) é o precusor dos eicosanóides, uma família de potentes moléculas sinalizadoras biológicas, que agem como mensageiros autócrinos/parácrinos. Quais são os principais eicosanóides gerados pelas vias lipooxigenase e ciclooxigenase? E quais são suas respectivas funções?
VIA DAS CICLOOXIGENASES: É a pp via do metabolismo do AA no rim.
A COX (PG sintase G2/H2) é a enzima responsável pela conversão inicial do AA em PGG2 e subsequentemente em PGH2. A COX foi purificada e clonada em 1988 e verificou- se que é largamente expressa.
Posteriormente descobriu- se outra COX, que é dinamicamente regulada e era responsável pela produção aumentada da produção de prostanóides durante a inflamação. Esta 2ª isoforma, induzível, foi denominada de COX-2 e a outra, de COX-1.
COX-1 e COX-2 são codificadas por genes distintos, localizados em diferentes cromossomos (9 e 1, respectivamente). Os genes tb são sujeitos a sinais reguladores bem diferentes.
EICOSANÓIDES: Constituem um grande grupo de mediadores derivados do ácido
graxo poli- insaturado, o ÁCIDO ARACDÔNICO (AA), que após ser sintetizado, é incorporado aos fosfolípides da membrana citoplasmática.
16. O glicerol-3P e os ácidos graxos-CoA são os precursores de lipideos de reserva (triacilglicerol) e lipídeos de membrana (glicerofosfolipídeos). As vias de biossíntese de triacilglicerol e glicerofosfolipídeos apresentam um intermediário comum. Qual é este intermediáio comum?
Os lipídios de membrana sintetizados nos plastídios e no retículo endoplasmático têm diferentes composições de ácidos graxos (Tabela 3). Glicerol 3-fosfato é precursor da síntese de glicerofosfolipídios e triacilgliceróis. Glicerol 3-fosfato é formada pela redução de diidroxiacetona fosfato redutase, utilizando NADH como redutor. A diidroxiacetona fosfato redutase está presente no estroma dos plastídios bem como no citosol. Na via biossintética dos glicerolipídios no plastídio, o glicerol 3-fosfato é acilado pela acil-CoA para formar ácido lisofosfatídico e diacilglicerol 3-fosfato, comumente chamado de ácido fosfatídico ou ácido fosfatidato, formado por acilação de grupos hidroxila na posição C-1 e C-2 do glicerol. Essas acilações são catalisadas pela glicerol-fosfato aciltransferase. Na biossíntese do digalactosildiglicerídeo, o ácido fosfatídico mais um intermediário ativo reage com a hidroxila (o-4-OH terminal) da cadeia lateral de serina. O intermediário ativo, UDP-galactose, é formado a partir de um substrato fosforilado (glicose 1-fosfato ou ácido fosfatídico) e um nucleotídeo trifosfato (CTP ou UTP) via UDP-glicose pirofosforilase e UDP-glicose epimerase. Na síntese dos triacilglicerol o ácido fosfatídico é hidrolisado por uma fosfatase específica para dar um diacilglicerol. Esse intermediário é acilado para um triacilglicerol em uma reação catalisada por diglicerídio aciltransferase. Essas enzimas estão associadas em um complexo triacilglicerol sintetase que está ligada na membrana do retículo endoplasmático, chamada via biossintética dos eucariotos (HELDT, 2005).
17. Quais são as quatro funções biológicas do colesterol (três delas como precursor)?
O colesterol é uma substância que se encontra nas gorduras ou lípides da corrente sangüínea, necessária para reconstruir as células do corpo. Algumas de suas funções são produção de hormônios sexuais e fabricação de vitamina D.
O colesterol é o principal precursor para a síntese de vitamina D e de vários hormônios esteróides (que incluem o cortisol e a aldosterona nas glândulas supra-renais, e os hormônios sexuais progesterona, os diversos estrógenos, testosterona e derivados).
Lanosterol atua como precursor na síntese biológica.
O colesterol também ajuda na fabricação da bílis (que é armazenada na vesícula biliar e ajuda a digerir gorduras), e também é importante para o metabolismo das vitaminas lipossolúveis, incluindo as vitaminas A, D, E e K.
Colesterol também tem sido relacionado a processos de sinalização celular, pela hipótese seriam um dos componentes das chamadas "jangadas lipídicas" na membrana plasmática. Também reduz a permeabilidade da membrana plasmática aos íons de hidrogênio e sódio.
18. Qual é o precursor direto do colesterol, formado a partir de acetil-CoA?
A acetil-CoA se converte em mevalonato: a ingestão de ácidos graxos saturados da cadeia longa produz hipercolesterolemia.
19. A maior parte do colesterol é sintetizada no fígado de vertebrados. Entretanto, uma pequena parte deste colesterol é incorporada na membrana do hepatócito, podendo também ser estocado na forma esterificada a um ácido graxo. Qual é a principal forma de exportação de colesterol a partir do hepatócito?
O hepatócito remove os triglicerídeos, hidrolisando-os em ácidos graxos livres e glicerol (alguns autores acreditam que a hidrólise ocorre pela ação de lipases lipoprotéicas existentes nas células endoteliais dos capilares). Os ácidos graxos livres são usados para o metabolismo energético ou são esterificados no RER, onde são conjugados com (proteínas (proteínas receptoras de lipídeos ou apoproteínas), formando lipoproteínas que são exportadas pelo hepatócito e utilizadas por outros órgão. Na formação das lipoproteínas estáveis para exportação, são fundamentais os fosfolípides sintetizados no hepatócito pela esterificação de grupos hidroxila do glicerol para ácido fosfórico e ácidos graxos; eles dão estabilidade à molécula lipoprotéica, além de serem importantes na formação das membranas celulares. Os TG no RER podem ainda servir como fonte energética, ao serem convertidos em colesterol e esteres que, incorporando fosfolípides, são oxidados em corpos cetônicos
20. Quais são as 4 classes de lipoproteínas plasmáticas responsáveis pelo transporte de lipídeos na corrente sanguínea?
Os lipídeos são transportados na corrente sanguínea através de proteínas, formando complexos denominados de lipoproteínas.
Absorção mediada por transporte facilitado por uma proteína ligadora de ácidos graxos – FABP.
Ácidos graxos de cadeia menor que 14 carbonos são transportados no sangue do sistema porta através da albumina
Os triacilgliceróis se unem a proteínas formando os quilomícrons que serão transportados pelos vasos linfáticos.
São estruturas esféricas, de elevado peso molecular, com núcleo apolar ou hidrofóbico composto de triglicerídeos e ésteres de colesterol, além de vitaminas A, D, E e K. Envolvendo o núcleo, existe uma camada externa polar ou hidrofílica composta de fosfolípides, colesterol livre e apoproteínas
21. Como é feito a absorção e o armazenamento de colesterol em tecidos periféricos, extra-hepáticos?
O próprio colesterol é um fator que induz sua esterificação, através da indução da enzima ACAT (acil-CoA-colesterol aciltransferase), que catalisa a transferência de um ácido graxo da Coenzima-A para o grupo hidroxila (porção apolar da molécula do colesterol), tornando a molécula muito mais hidrofóbica. Essa é a forma de armazenamento do colesterol no hepatócito e a forma de transporte em partículas lipoproteicas, como HDL e LDL.
Os Quilomícrons são formados nas células mucosas do duodeno e jejuno durante a ab-sorção de gorduras. Tem como função o transporte de colesterol e triacilgliceróis exógenos, vitaminas lipossolúveis absorvidos da dieta (alimentação) para os tecidos periféricos. Os ácidos biliares são derivados do colesterol, sintetizados pelo fígado e secretados para a vesícula biliar para serem armazenados. Quando ingerimos TG, os ácidos biliares armazenados na vesícula biliar, são secretados para o intestino delgado, onde ocorre a digestão e absorção dos lipídeos. A enzima lipase pancreática catalisa a hidrólise do triacilglicerol (TG) liberando ácido graxo livre e glicerol.
O glicerol e ácidos graxos serão absorvido pelas células do intestino voltando a formar TG. Estes se unem a proteínas formando os quilomícrons que serão transportados pelos vasos sanguíneos.
22. A biossíntese de colesterol é regulada em três níveis, alostérico, absorção (a nivel de receptor) e Hormonal. Qual é o papel da insulina e do glucagon sobre a síntese de colesterol? O glucagon é um hormônio produzido pelo pâncreas e trabalha como um antagonista da insulina, aumentando os níveis plasmáticos de glicose, cetoácidos, ácidos graxos livres e diminui os níveis de aminoácidos. Eles possuem efeitos antagônicos em outras tarefas hepáticas.
O glucagon é sintetizado nas células α do pâncreas, enquanto a insulina é sintetizada pelas células β. As células α estão localizadas nas ilhotas de Langerhans, na porção endócrina do pâncreas. Sua secreção é aumentada quando os níveis de glicose no sangue estão baixos, fazendo com que estes níveis aumentem, voltando ao valor normal. É controlado fisiologicamente pelo organismo através da hipoglicemia, baixos níveis de ácidos graxos, hiperaminoacidemia, estímulo vagal e estímulos do sistema adrenal, como estresse ou exercício. Após ser produzido, o glucagon pode ficar estocado em vesículas secretórias das células α ou ser diretamente secretado. O glucagon possui um metabolismo pulsátil de secreção, pois desta forma ele é mais ativo. Esses pulsos são regulados pela ação do sistema nervoso nas ilhotas de Langerhans.
O glucagon é antagonista da insulina, estimulando o fígado (órgão mais afetado por este hormônio) e os músculos a degradarem o glicogênio e liberar glicose. O fígado é responsável pela gliconeogênese e o glucagon desempenhaimportante função de regulação deste processo, evitando também a hipoglicemia. O glucagon promove a utilização de combustíveis, ao invés de armazenamento e isso ocorre principalmente com a glicose. Além disso, o glucagon diminui a síntese de colesterol pelo fígado, inibe a reabsorção de sódio pelos rins, aumenta sensivelmente o débito cardíaco, pode agir regulando o apetite e diminui o nível de aminoácidos.
Ambos são muito importantes no metabolismo de carboidratos, proteínas e gorduras. A razão entre os dois controla os níveis de produção e degradação de glicose. Possuem efeitos também antagônicos em outros processos enzimáticos do fígado no metabolismo de glicose e ácidos graxos.
