2.4- Oxidao metablica da glicoseA glicose ocupa uma posio central no metabolismo de muitos seres vivos, apresentando um nvel relativamente alto de energia potencial, o que a torna um bom combustvel para as reaces que ocorrem no ambiente intracelular. Este facto potenciado pela possibilidade de armazenamento celular em formas polimricas de elevado peso molecular (amido, glicognio, etc.) que so compatveis homeostaticamente (no desregulam os nveis de glicose no sangue). A glicose, em situaes de exigncia energtica, vai ser libertada destas formas polimricas de armazenamento, ficando disponvel para entrar em processos de oxidao e consequente extraco de ATP. de realar, que a glicose tambm usada como percursor de inmeros intermedirios metablicos em reaces de biossntese. De uma forma geral, podemos apontar trs vias metablicas principais para a glicose: o seu armazenamento (como polissacrido); a sua oxidao pela via das pentoses-fosfato, originando ribose-5-fosfato para a sntese de cidos nucleicos, e de NADPH para processos de reduo; a oxidao via gliclise originando piruvato e providenciando ATP e intermedirios metablicos de outras vias. A gliclise consiste numa srie de dez reaces qumicas, catalisadas por enzimas, nas quais uma molcula de glicose vai ser degradada em duas molculas de piruvato. Durante a sequncia de reaces, uma parte da energia livre, proveniente da degradao da glicose, vai ser conservada em ATP e NADH. Este processo o caminho central no catabolismo da glicose e de uma importncia vital para inmeros organismos, alguns dos quais tm neste processo, a sua nica fonte de energia metablica. comum dividir a gliclise em duas fases distintas: a fase de preparao e a fase de oxireduo; a cada uma delas vo corresponder cinco reaces qumicas. Na primeira fase gastam-se 2 molculas de ATP em duas fosforilaes; esta fase acaba com a formao de 2 trioses, 2 molculas de gliceraldedo 3-fosfato, que resultam da clivagem da glicose. Na fase de oxi-reduo vai haver um retorno do investimento de 2 molculas de ATP da fase anterior: vo ser formadas 4 molculas de ATP (atravs da fosforilao de ADP), para alm de 2 molculas de NADH, por cada molcula de glicose. Esta fase termina com a formao de piruvato.

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A equao geral da gliclise ento a seguinte:

Esta equao pode ser separada em 2 processos distintos: por um lado a converso de glicose a piruvato, uma reaco exergnica, e por outro a formao de ATP a partir de ADP e Pi, endergnica. Na soma das duas, conclui-se que a gliclise tem uma variao de energia livre padro de -85kJ/mol. O processo de gliclise est esquematizado na figura seguinte: Sequncia Reaces Gliclise

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1. A molcula de glicose fosforilada no carbono 6, por aco da hexoquinase, formando glucose-6-fosfato, H gasto de uma molcula de ATP. 2. A glicose-6-fosfato vai sofrer uma isomerizao, por aco da fosfohexose isomerase, formando-se ento frutose-6-fosfato. 3. Fosforilao da frutose-6-fosfato no carbono 1, mais uma vez com gasto de um ATP, formando-se frutose-1,6 bifosfato. Esta reaco o primeiro e mais importante ponto de regulao da gliclise: a formao de frutose 1,6-bifosfato exclusiva da via metablica da gliclise. Alm disso, a enzima PFK-1 uma enzima reguladora cuja actividade aumentada quando a clula entra em necessidades energticas (relao [ATP]/[ADP] menor que 1). 4. Clivagem da frutose 1,6-bifosfato que origina 2 trioses fosfatadas: o gliceraldedo 3fosfato e a dihidroxiacetona fosfato. 5. Apenas uma destas trioses pode ser directamente degradada nos processos seguintes da gliclise, que o gliceraldedo 3- fosfato. H ento a converso rpida da dihidroxiacetona fosfato em gliceraldedo 3-fosfato pela triose-fosfato isomerase. Chegase ao final da fase preparatria e a molcula de glicose inicial d origem a 2 molculas de gliceraldedo 3-fosfato. 6. O gliceraldedo formado na fase preparatria vai ser oxidado a 1,3-bifosfoglicerato, no para um grupo carboxilo livre, mas com a ajuda do fosfato inorgnico. O aceitador de hidrognios o NAD+, formando-se NADH + H+. 7. A enzima fosfoglicerato quinase catalisa a transferncia do fosforilo do grupo carboxilo do 1,3-bifosfoglicerato para um ADP, formam-se 2 molculas de ATP e de 3fosfoglicerato. Esta reaco e a anterior juntas constituem um processo conjunto em que o 1,3-bifosfoglicerato o produto intermdio: no total das 2 reaces, a reaco de formao de ATP acaba por ser exergnica tipo de formao de ATP dita como fosforilao ao nvel do substrato (intervm o o 1,3-bifosfoglicerato). 8. Troca entre o grupo fosforilo e o hidroxilo do glicerato, formando-se ento 2fosfoglicerato, num processo que ocorre em 2 etapas com a ajuda a fosfoglicerato mutase. 9. Nesta reaco, d-se a desidratao do 2-fosfoglicerato a fosfoenolpiruvato (PEP), por aco da enolase: h a remoo de 1 molcula de gua. 10. No ltimo passo da gliclise, que tambm um importante ponto regulador de todo o processo, a piruvato quinase desfosforila o fosfoenolpiruvato para o ADP, formando-se mais uma vez 2 molculas de ATP e o produto final da gliclise, o piruvato (num primeiro momento formada a forma enol do piruvato, o enolpiruvato e s depois adquire a forma ceto - simplesmente piruvato).

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Analisando o destino dos produtos finais da gliclise, em condies aerbias, a gliclise apenas a primeira etapa da degradao completa da glicose: as 2 molculas de NADH vo ser reoxidadas na cadeia respiratria, na mitocndria, o que fornece a energia para a sntese de ATP por fosforilao oxidativa; O piruvato vai ser oxidado e transformado em acetato, que constituir o grupo acetilo da acetil-CoA. Esta segue para o ciclo de Krebs, sendo oxidada a CO2; No total, 30 a 32 molculas de ATP so formadas por cada molcula de glicose. Em condies anaerbias, o piruvato vai entrar em processos de fermentao lctica ou alcolica. No caso da fermentao lctica, d-se a reduo do piruvato a lactato: o piruvato aceita os electres do NADH e regenera NAD+, que permite a continuao da gliclise; Na fermentao alcolica, temos a converso do piruvato em etanol e C02 atravs de 2 passos. No primeiro passo, h uma descarboxilao irreversvel do piruvato formandose acetaldedo. No 2 passo o acetaldedo reduzido a etanol, atravs da aco do lcool desidrogenase e do poder redutor do NADH, formando-se ainda CO2; Formam-se 2 molculas de ATP. A regulao do mecanismo de aco da gliclise conseguida atravs de um complexa interaco entre os nveis [ATP]/[ADP] presentes na clula, regenerao de NADH e regulao alostrica de vrias enzimas, nomeadamente a hexoquinase, PFK-1 e a piruvato quinase ( G bastante negativos em todas as reaces catalisadas por estas enzimas). Para alm disso, existem certos metabolitos que do a informao e a percepo se a clula est com energia em excesso ou se pelo contrrio, necessita de uma activao do mecanismo da gliclise para se obter mais ATP. O piruvato, em condies aerbias, pode ser oxidado originando o grupo acetil da acetil-CoA (libertando-se dixido de carbono) que ir posteriormente entrar no ciclo de Krebs. Esta descarboxilao oxidativa catalisada pelo complexo piruvato-desidrogenase (PDH). Este complexo constitudo por mltiplas cpias de trs enzimas distintas - E1 (piruvato desidrogenase), E2 (dihidrolipoilo transacetilase) e E3 (dihidrolipoilo desidrogenase) - e necessita de 5 coenzimas: tiamina pirofosfato (TPP), flavina adenina dinucletido (FAD), Coenzima A (CoA), nicotinamida adenina dinucletido (NAD) e Lipoato. So tambm componentes vitais deste sistema em cada um destes grupos prostticos as vitaminas tiamina (no TPP), riboflavina (no FAD), niacina (no NAD) e pantotenato (na CoA). 4

A coenzima A formada por pantotenato, 3-fosfoadenosina difosfato (forma fosforilada de ADP) e -mercato-etilamina qu possui um grupo tiol (-SH) muito reactivo que fundamental no papel da CoA como transportadora de grupos acilo, como por exemplo o acetilo, que forma a acetil-coA. Os grupos acetil ligam-se a este grupo tiol formando tiosteres; j o o lipoato possui dois grupos tiol podendo formar ligaes dissulfito atravs de oxidao, sendo um bom transportador de H+ e de grupos acetil simultaneamente. Analisando mais pormenorizadamente a estrutura do PDH vemos que a enzima E2 tem trs subunidades/domnios distintos, um o local de ligao do lipoato ao resduo de Lis desta enzima, outro o local de ligao de E1 e E3 e o terceiro o centro activo, acetiltransferase. O TPP liga-se ao centro activo de E1 e o FAD ao centro activo de E3. A aco do complexo PDH um exemplo de canalizao do substrato, a aco da enzima sobre o substrato d-se por arrasto, no havendo libertao de produtos intermedirios para fora do complexo, reagindo assim mais rapidamente.

No primeiro passo, d-se a descarboxilao do piruvato pelo TPP da enzima E1, formandose hidroxietilo TPP, sendo nesta reaco que o complexo PDH exerce a sua funo de especificidade de substrato. No passo 2, h oxidao do grupo hidroxietilo a acetato que se liga a um dos grupos tiol do lipoato, ficando o outro reduzido a SH. O lipoato transporta ento o acetato at coenzima A, ligando-se este ao grupo tiol desta coenzima. Nos passos 4 e 5 h reoxidao dos grupos tiol do lipoato para este iniciar nova ronda de oxidao do piruvato. Esta reoxidao dos grupos tiol d-se por reduo do FAD (presente da E3) e posteriormente do NAD+. A regulao da produo de acetil-CoA feita pelo produto, ou seja ATP, acetil-CoA, NADH e mesmo cidos gordos de cadeia longa inibem o complexo PDH. Pelo contrrio, AMP, CoA e NAD+ activam o complexo, dado que a sua maior concentrao indica um fluxo menor de produo de acetil-CoA. De um modo geral, a reaco de oxidao do piruvato activada em situaes de maior exigncia energtica, encaminhando mais acetilCoA para o Ciclo de Krebs. 5

Em mamferos, esta regulao ainda complementada por modificao covalente da estrutura proteica. O complexo PDH inibido por fosforilao de um resduo de Ser numa das subunidades de E1 por uma protena cinase. A E1 activada novamente pela aco da outra protena reguladora existente no complexo, uma fosfoproteina que vai remover o grupo fosforilo por hidrlise, tendo portanto aco contrria cinase. A aco destas protenas regulada pela relao [ATP]/[ADP]. Uma maior relao [ATP]/[ADP] activa a protena cinase inibindo a produo de acetil-CoA e uma menor relao [ATP]/[ADP] activa a fosfoprotena activando novamente o complexo PDH.

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2.5- Regulao da Gliclise, Oxidao de Hexoses, Via Das FosfopentotosesMecanismos de regulao no hormonal da gliclise As oses, em particular a glicose, devem a sua importncia ao facto de a sua oxidao fornecer aos organismos vivos grande parte da energia que lhes necessria. A gliclise processa-se no citosol e regulada por trs enzimas: a primeira regula a entrada de glicose na via glicoltica, j que a enzima que catalisa a primeira reaco desta via metablica, e as outras duas regulam a via propriamente dita. importante frisar que as trs enzimas reguladoras correspondem s enzimas que catalisam reaces unidireccionais, isto , as enzimas que catalisam as reaces inversas (gliconeognese) no so as mesmas que catalisam as reaces na gliclise.

Regulao da entrada de glicose na via glicoltica - Hexocinase:

Esta enzima catalisa a fosforilao da glicose em glicose-6-fosfato. As hexocinases I,II e III so inibidas pelo produto da reaco, glicose-6-fosfato. Se a metabolizao da glicose-6-fosfato menor que a sua sntese, esta acumula-se inibindo a hexocinase. Por outro lado, a hexocinase IV, predominante no fgado, no sofre regulao alostrica pela Glicose-6P, e possui um valor de Km mais elevado, pelo que a sua saturao ocorre para nveis mais elevados de glicose, permitindo a sua eficcia no metabolismo de altos nveis de glicose. A sua regulao consiste na inibio por uma protena especfica, que pode ser dissociada pela molcula de glicose (ficando a enzima activa). Caso haja uma baixa concentrao de glicose no sangue, ocorre inactivao da hexocinase IV pela frutose-6P (atravs do transporte da enzima para o ncleo da clula onde se liga reversivelmente protena reguladora); uma vez restaurados os nveis de glicose, esta reverte o processo anterior, dissociando a protena reguladora da hexocinase IV, que readquire a sua capacidade cataltica.

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Regulao da via propriamente dita:

Fosfofrutocinase-1:

A fosfofrutocinase-1 um enzima muito complexa que catalisa a fosforilao da frutose-6fosfato em frutose-1,6-bisfosfato - terceira etapa da via glicoltica. A regulao alostrica desta enzima coordenada por vrios activadores e inibidores. Em relao aos activadores: AMP, ADP (indicadores de falta de molculas energticas ATP), e a frutose-2,6-bisfosfato (que no uma composto intermedirio da gliclise, e pode ser indicadora de uma falha em reaces de fosforilao, induzindo a produo de frutose-1,6bisP, que j um intermedirio da gliclise e possibilita a sua continuao) . Quanto aos inibidores: ATP (a sua abundncia relativa indica disponibilidade de energia), frutose-1,6-bisfosfato e citrato (que indica a abundncia de intermedirios do ciclo de Krebs).

Piruvato-cinase:

A piruvato-cinase catalisa a ltima reaco da via, a converso de fosfoenolpiruvato em piruvato. A sua regulao alostrica consiste no activador frutose 1-6-bisfosfato, e numa srie de inibidores: ATP, Acetil-CoA, cidos gordos de cadeia longa (indicadores da presena de fontes de energia) e a alanina (que pode ser sintetizada a partir do piruvato por transaminao). Existem duas isoenzimas principais de piruvato-cinase: L (fgado liver), que possui regulao hormonal, e M (msculo).

Oxidao de outras Hexoses Frutose: A frutose pode ser obtida, na sua forma livre, pela ingesto de frutas, ou como constuitunte do dissacrido sacarose, a qual hidrolisada pela enzima sacarase (obtendo-se uma molcula de frutose e outra de glicose). incorporada na via glicoltica de duas formas distintas, dependendo do local onde o seu metabolismo decorre. O primeiro passo ser a fosforilao da frutose, pela enzima hexocinase: Frutose + ATPMg2+

Frutose 6-fosfato + ADP 8

sendo o produto frutose 6-fosfato incorporado na via glicoltica (transformada em frutose 1,6bisfosfato, continuando a via metablica). Por outro lado, se a fosforilao da frutose ocorrer no fgado, onde se encontra presente a enzima frutocinase, a fosforilao ocorre no carbono C1 da frutose, ao invs do carbono C6: Frutose + ATPMg2+

Frutose 1-fosfato + ADP

A frutose 1-fosfato sofre clivagem em gliceraldedo e di-hidroxiacetona-fosfato pela enzima frutose 1-fosfato aldolase: Frutose 1-fosfato gliceraldedo + di-hidroxiacetona-fosfato

A di-hidroxiacetona-fosfato transformada em gliceraldedo 3-fosfato pela triose-fosfato isomerase, e o gliceraldedo fosforilado pela enzima triose cinase, formando gliceraldedo 3fosfato. As duas molculas de gliceraldedo 3-fosfato obtidas so incorporadas na gliclise. Galactose: A galactose obtida por hidrlise da lactose (acar do leite), catalisada pela enzima lactase, da qual resulta uma molcula de galactose e uma de glicose. A galactose comea por ser fosforilada, no fgado, pela enzima galactocinase: Galactose + ATPMg2+

Galactose-1-fosfato + ADP

A converso da galactose 1-fosfato no epmero glicose-1-fosfato realizada na sua forma conjugada com o transportador uridina difosfato (UDP), que actua como coenzima de transferncia de grupos. (1) A galactose-1-fosfato transformada em UDP-galactose, pela enzima galactose 1fosfato uridiltransferase ocorre transferncia do grupo UDP-glicose para a galactose-1-P. (2) A UDP-galactose transformada em UDP glicose pela enzima UDP-glicose 4epimerase, ocorrendo a oxidao do grupo OH de C4, no qual resulta um grupo cetona, e posterior reduo deste em hidroxilo, com inverso da orientao (epimerizao). O NAD o cofactor para a oxidao e para a reduo. (3) A UDP-glicose intervm na reaco (1), fornecendo o seu grupo UDP galatose 1fosfato, e havendo libertao de glicose 1-fosfato.

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A glicose 1-fosfato obtida transformada em glicose-6-fosfato pela enzima fosfoglicomutase, sendo a G6P incorporada na gliclise. Manose: A manose ingerida na forma de polissacridos ou de glicopotenas. O seu metabolismo consiste na sua fosforilao pela enzima hexocinase: Manose + ATPMg2+

Manose 6-fosfato + ADP

A enzima fosfomanose isomerase ser a responsvel pela transformao da manose 6fosfato em frutose 6-fosfato, que pode ser degrada pela via glicoltica.

A oxidao de monossacridos como a frutose, galactose e manose permite a obteno de energia a partir de molculas alternativas glicose, o que se revela extremamente vantajoso em situao de dfice de glicose. Assim como a glicose, a degradao da frutose, galactose e manose requer o investimento de molculas de ATP na fosforilao destas molculas, investimento esse que ser compensado posteriormente, ocorrendo formao de molculas de ATP e de molculas com poder redutor (NADH + H+), que podero tambm ser utilizadas para obteno de energia na cadeia respiratria. de salientar que o metabolismo das oses descrito possui uma regulao parcialmente diferente da gliclise, uma vez que os compostos que so incorporados na gliclise no foram alvo do primeiro passo de regulao da gliclise: regulao pela enzima hexocinase. Tal facto pode explicar a menor velocidade de metabolizao da glicose face das outras oses.

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Via das FosfopentosesNa maioria das clulas, o maior destino catablico da Glicose-6-Fosfato a gliclise. No entanto, cerca de 10% dessa molcula ser tambm degradado pela Via das Fosfopentoses. Esta via metablica ocorre em clulas de diviso rpida (como a medula ssea, a pele ou a mucosa intestinal), em tecidos com extensa sntese de cidos gordos (como o fgado, tecido adiposo e glndulas mamrias em lactao), ou sntese activa de hormonas esterides (como as gnadas). As principais funes desta via metablica so: a formao de DNA e RNA, a sntese de coenzimas como o ATP, NADH, FADH2 e Coenzima A. Todas as enzimas intervenientes na via das fosfopentoses encontram-se no citosol celular. 1 Fase Fase das reaces oxidativas e irreversveis ou fase das desidrogenases Glicose-6-Fosfato NADP+ NADPH 6-Fosfogliconolactona Enzima: 6-fosfogliconolactonase (hidrolase) Apesar de esta reaco ser espontnea (exergnica), utilizada esta enzima para garantir a total converso das molculas reagentes nos produtos. libertada uma molcula de gua (reaco de hidrlise). essencial a presena de Mg2+, Mn2+ ou Ca2+ para se dar esta reaco. Enzima: Glicose-6-P Desidrogenase. O NADP+ reduzido. essencial a presena de Mg2+ ou Ca2+ para se dar esta reaco

H2O 6-Fosfogliconato NADP+CO 2

NADPH Ribulose-5-Fosfato Ribose-5-fosfato

Enzima: 6-Fosfogliconato Desidrogenase Reaco de oxidao e descarboxilao. Reduo do NADP+ essencial a presena de Mg2+, Mn2+ ou Ca2+ para se dar esta reaco.

Enzima: pentose-fostato isomerase Reaco de isomerizao.

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2 Fase Fase das reaces reversveis no oxidativas

importante referir que a reaco de isomerizao da ribulose-5-P em ribose-5-P ainda faz parte da primeira fase desta via metablica. Regulao da Via Metablica A regulao desta via metablica efectuada tanto a nvel da sntese das enzimas que catalisam as reaces da via, como de regulao alostrica por parte dos substratos e metabolitos. Regulao por sntese de enzimas:

A regulao por sntese de enzimas consiste na regulao da transcrio dos genes que codificam as enzimas catalticas desta via, aumentando ou diminuindo a sua produo em funo das necessidades da clula. Desidrogenases: sntese induzida por hormonas (insulina e tiroxina) Transcetolase: sntese controlada pela Vitamina B1 na sua forma activa, Tiamina Pirofosfato. Regulao alostrica:

A regulao alostrica consiste na inibio da enzima glicose-6-fosfato desidrogenase por parte do NADPH. Dado que a glicose-6-P existente na clula direccionada para a gliclise ou para a via das fosfopentoses de acordo com as necessidades da clula, caso esta necessite 12

(ou no) de produzir molculas redutoras de NADPH. Assim sendo, faz sentido que esta molcula seja um regulador alostrico da enzima que catalisa a entrada da glicose-6-fosfato na via das fosfopentoses (G6P desidrogenase). Para altos nveis de NADPH, ocorre inibio da enzima G6P desidrogenase, e consequente inbio da prpria via das fosfopentoses; a glicose6-fosfato segue, portanto, a via glicoltica. Por outro lado, quando existe baixa concentrao de NADP+ no citosol, existe necessidade de produo de molculas de NADPH, pelo que a enzima G6P desidrogenase ir ser estimulada alostericamente pelo NADP+ e ir encaminhar a G6P para a via das fosfopentoses. Destino Metablico dos Intervenientes Com a realizao da via das fosfopentoses, so formados compostos que possuem diversas funcionalidades na clula. O produto final da primeira fase desta via metablica, a ribose-5-fosfato, um percursor na sntese de nucletidos para incorporao destes nos cidos nucleicos. O NADPH formado na fase oxidativa possui um papel fulcral na manuteno de um ambiente redutor no interior da clula: a sua oxidao possibilita a reduo do glutatio, que na sua forma reduzida, constitui uma eficiente proteco das protenas, lpidos e outros compostos de elevada importncia biolgica contra as molculas ou radicais oxidantes que possam existir na clula, como o radical superxido e o hidroxilo, ou a molcula de perxido de hidrognio. Como exemplo desta funo so os eritrcitos, nos quais existem grandes quantidades de oxignio molecular, que um forte oxidante, havendo a necessidade constante de prevenir e reverter oxidaes de biomolculas. O NADPH constitui ainda um elemento fundamental nas reaces de biossntese redutora de cidos gordos e outras molculas, actuando como agente redutor. Na segunda fase da via das fosfopentoses, h formao de compostos intermedirios da via glicoltica: frutose-6-fosfato e gliceraldedo-3-fosfato. Estes compostos podem incorporar-se na via glicoltica, quer no sentido da realizao da gliclise, quer no sentido da gliconeognese, no qual h formao de glicose-6-fosfato que poder reintegrar novamente a via das fosfopentoses.

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2.6- Catabolismo de cidos Gordos e CetogneseUma vez que j foram previamente abordados os conceitos bsicos relativos aos lpidos, assim como a sua digesto e transporte, vamos ento focar a oxidao dos cidos gordos, um conjunto de trs vias que tem como objectivo final a obteno de energia. De facto, o catabolismo de cidos gordos uma das fontes de energia mais importantes para muitos organismos, estando responsvel, por exemplo, por cerca de 80% das necessidades energticas do corao e fgado dos mamferos. Em primeiro lugar temos a -oxidao, na qual os cidos gordos sofrem sucessivamente a remoo de pares de carbonos sob a forma de acetil-CoA, com incio no terminal carboxil da cadeia. Se pensarmos no caso do cido palmtico, que possui dezasseis carbonos, so necessrias sete passagens pela cadeia oxidativa para que restem apenas dois carbonos que so automaticamente convertidos em acetil-CoA; logo, obtm-se um total de oito unidades de acetil-CoA. Note-se que a formao de cada molcula de acetil-CoA implica a remoo de quatro tomos de hidrognio (4 H+ e 4 e-). Na segunda fase apresenta-se o ciclo do cido ctrico, em que o facto mais importante, neste caso, o de as molculas de acetil-CoA provenientes da -oxidao serem oxidadas a CO2, juntando-se s molculas derivadas da glicose (via gliclise e oxidao do piruvato). Estas duas fases tm lugar na mitocndria e reduzem os transportadores de electres NADH e FADH2. Por ltimo, temos na terceira fase a cadeia respiratria, na qual os electres tm como aceitador final o O2, dando-se a formao de H2O e ATP.

-Oxidao de cidos Gordos Saturados com Nmero Par de CarbonosEmbora a -oxidao se altere naturalmente de organismo para organismo, o essencial do processo mantm-se: composta por quatro passos repetidos tantas vezes quantas necessrias. Trata-se de uma espcie de maneira elegante de quebrar uma ligao CH 2-, relativamente estvel por natureza. A preparao nos trs primeiros passos de uma ligao CC menos forte, com uma cetona, faz com que esta seja um alvo mais fcil para um ataque nucleoflico pelo grupo SH da Coenzima A no passo final. No primeiro passo da -oxidao, observa-se a desidrogenao do grupo acil-CoA, o que vai induzir a formao de uma ligao dupla entre os Carbonos e , resultando num novo composto designado trans-2-Enol-CoA (o 2 designa a posio da ligao dupla). Este novo composto tem a configurao trans, embora normalmente as ligaes nos cidos gordos insaturados sejam cis. 14

Esta reaco catalisada por trs isoenzimas da acil-CoA desidrogenase, cuja utilizao depende do tamanho da cadeia: a very-long-chain acyl-CoA dehydrogenase (VLCAD), que actua em cidos gordos que tenham entre doze e dezoito carbonos; a medium-chain (MCAD), para cadeias com quatro a catorze carbonos e a short-chain (SCAD), no caso de cadeias com quatro a oito carbonos. Estas isoenzimas so flavoprotenas que possuem o FAD como grupo prosttico. Uma vez este reduzido, ir doar imediatamente os electres para a cadeia respiratria, com o auxlio da electron transferring flavoprotein (ETF). Neste passo junta-se gua ligao dupla entre os carbonos e , com o objectivo de formar o estereoismero L do -hidroxiacil-CoA, o 3-hidroxiacil-CoA. Esta reaco catalisada pela enol-CoA hidratase, sendo anloga reaco da fumarase no ciclo do cido ctrico. No terceiro passo d-se a desidrogenao do L--hidroxiacil-CoA a -cetoacil-CoA. A enzima interveniente a -hidroxiacil-CoA desidrogenase, sendo o aceitador de electres o NAD+. Esta reaco anloga que se d na desidrogenao do malato no ciclo do cido ctrico. O quarto e ltimo passo catalisado por uma enzima que se chama vulgarmente tiolase, mas cuja designao correcta acil-CoA acetiltransferase. A funo da tiolase promover a ligao do cetoacil-CoA a uma molcula livre de Coenzima A, o que quebrar a ligao com o terminal carboxil, libertando-se um acetil-CoA e ficando o cido gordo dois carbonos mais curto. Pode fazer-se uma analogia entre esta reaco e a hidrlise, uma vez que o -cetoacilCoA clivado pelo grupo tiol da coenzima A. Os trs ltimos passos da -Oxidao so catalisados por um conjunto diferente de enzimas conforme o tamanho do cido gordo em questo: no caso de a cadeia ter mais de doze carbonos, usada a protena trifuncional (TFP), que consiste num agregado de trs protenas muito eficiente na sua funo devido proximidade entre os centros activos das protenas que o compem; para cadeias com at doze carbonos, existe um conjunto de quatro enzimas solveis na matriz mitocondrial. Sendo a -oxidao a primeira parte do catabolismo dos cidos gordos, esta responsvel pela produo de trs tipos de produtos: acetil-CoA (um por cada passagem), electres (dois pares por passagem, nos transportadores adequados, NADH e FADH2) e caties H+ (quatro por passagem). O acetil-CoA pode ser oxidado a CO2 e H2O no ciclo do cido ctrico, que ir tambm implicar a libertao de electres. Os H+ e os electres provenientes tanto da -oxidao como do ciclo do cido ctrico prosseguem ento para a cadeia respiratria, num processo que j foi descrito em apresentaes anteriores, cujos produtos so gua e energia sob a forma de ATP.

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Catabolismo dos cidos gordos insaturadosA maior parte dos cidos gordos presentes nos fosfolpidos e triacilgliceris so insaturados, tendo uma ou mais duplas ligaes. Estas ligaes esto em configurao cis, no podendo portanto ser activados pela enol-CoA-hidratase, a enzima que catalisa a adio de H2O dupla ligao do 2-Enol-CoA durante a -oxidao. Assim, torna-se necessrio recorrer a duas enzimas: uma isomerase e uma redutase. Qualquer que seja a conformao da cadeia de hidratos de carbono, a -oxidao ocorre normalmente at primeira dupla ligao encontrada. Para melhor compreenso do mecanismo de oxidao iremos ilustrar com dois exemplos. O cido oleico um cido gordo mono-insaturado (C18:1) com uma dupla ligao entre C9 e C10. Aps a sada dos primeiros trs pares de carbono como acetil-CoA forma-se o cis-3-dodecenol-CoA. Devido sua configurao cis torna-se um substracto inapropriado para a enol-CoA-hidratase, que actua exclusivamente em duplas ligaes de configurao trans. Recorre-se ento enzima 3-2-enol-CoA-isomerase que vai isomerizar o cis-3-enol-CoA em trans-2-enol-CoA, que convertido pela enol-CoA-hidratase em trans-2-dodecenol-CoA. Este pode seguir depois a via normal da -oxidao, formando mais seis molculas de acetil-CoA. Nos casos em que temos um cido gordo poli-insaturado (como o caso do cido linoleico, de 18 carbonos) outra enzima necessria. Este cido gordo tem uma configurao cis-9- cis-12. O cido linoleicoCoA segue a sequncia inicial da -oxidao, originando trs molculas de acetil-CoA e um cido gordo insaturado com a configurao cis-3- cis-6. Este no pode ser usado pelas enzimas da -oxidao, pois as duplas ligaes esto na posio e configurao erradas. A aco combinada da enol-CoA-isomerase e do 2,4-dienolCoA-redutase vo permitir a reentrada do composto no seguimento da -oxidao, como est explicado na figura da pgina seguinte. A oxidao de cidos gordos com ligaes duplas em carbonos mpares d-se pela cis-2-Enol-CoA-isomerase e em carbonos pares pela cis-2-Enol-CoA-isomerase (que vai criar uma dupla ligao num carbono mpar) e pela 2,4-Dienol-CoA-reductase, pelo mecanismo explicado anteriormente

Catabolismo dos cidos gordos com nmero mpar de tomos de carbonoA -oxidao dos cidos gordos com nmero mpar de tomos de carbono d-se exactamente da mesma forma que a -oxidao dos cidos gordos com nmero par de tomos de carbono. No entanto, no ltimo passo desta via metablica, temos um cido gordo 16

com cinco carbonos. Ao ser oxidado vai originar uma molcula de acetil-CoA e outra de propionil-CoA. O acetil-CoA pode entrar no ciclo do cido ctrico, mas o propionil-CoA segue outra via, que envolve trs enzimas. Pela propionil-CoA-carboxilase (ligada ao cofactor biotina) transforma-se em D-metilmalonil-CoA que, atravs da metilmalonil-CoA-epimerase forma o seu estereoismero L. Este sofre depois um rearranjo intramolecular para formar succinil-CoA, catalisado pela metilmalonil-CoA-mutase (mais coenzima B12).

CetogneseAo processo que consiste na formao de corpos cetnicos a partir de cidos gordos d-se o nome de cetognese. Os corpos cetnicos so produzidos sempre. No entanto, quando se verifica uma escassez tal de hidratos de carbono que a energia tem de ser obtida atravs da degradao de cidos gordos, a produo de corpos cetnicos aumenta. So produzidos essencialmente nas mitocndrias das clulas hepticas. H a quebra da cadeia de carbonos do cido gordo em segmentos que contm apenas 2 carbonos, segmentos esses que se encontram sob a forma de acetil-CoA. Normalmente o acetil-CoA oxidado no ciclo dos cidos tricarboxlicos, mas, no caso de no haver glicose suficiente, vai-se verificar uma carncia de intermedirios deste ciclo pelo que vai ocorrer a acumulao de acetil-CoA. Assim, d-se a converso do acetil-CoA em cido acetoactico, que posteriormente se poder converter em cido hidroxibutrico e acetona. O cido hidroxibutrico no um corpo cetnico, de acordo com as regras da IUPAC (no tem grupo cetona). No entanto, considera-se como corpo cetnico devido sua quase instantnea converso no organismo. A cetognese d-se em 3 passos principais: Condensao de duas molculas de acetil-CoA em acetoacetil-CoA, por aco da tiolase; Condensao do acetoacetil-CoA com um terceiro acetil-CoA por aco da HMGCoA sintetase, formando -hidroxi-metilglutaril-CoA (HMG-CoA). O mecanismo base desta reaco semelhante ao da condensao do oxaloacetato com acetil-Co-A para a produo de cido ctrico, no ciclo de Krebs; Degradao do HMG-CoA em cido acetoactico (corpo cetnico) e acetil-CoA por aco da HMG-CoA liase. Aps a formao do cido acetoactico, d-se a sua reduo a cido -hidroxibutrico por aco da -hidroxibutirato-desidrogenase, sendo que tambm se pode verificar a descarboxilao do cido acetoactico a acetona e CO2. Os corpos cetnicos so facilmente transportados pelo sangue para as clulas que os metabolizam. 17

De forma a poderem ser utilizados pelas clulas, o cido acetoactico activado por transferncia de um acetil-CoA a uma molcula de succinil-CoA. O cido -hidroxibutrico normalmente oxidado a cido acetoactico novamente antes da sua utilizao. Nas clulas, h a converso dos corpos cetnicos em acetil-CoA. A produo de corpos cetnicos regulada pela disponibilidade de acetil-CoA. Se a mobilizao de cidos gordos do tecido adiposo elevada, a -oxidao dos cidos gordos no fgado ir ocorrer a uma taxa elevada, assim como a sntese dos corpos cetnicos a partir do acetil-CoA resultante. A taxa de produo de corpos cetnicos aumenta se o indivduo sofre de subnutrio. No fgado, o acil-CoA formado no citosol pode seguir duas vias distintas. Pode sofrer -oxidao por parte das enzimas nas mitocndrias ou pode ser convertido em triacilgliceris ou fosfolpidos, sendo que a via a ser seguida depende da taxa de transferncia da cadeia de acil-CoA para o interior de mitocndria. Esta uma importante forma de regulao dos processos envolvendo o catabolismo de cidos gordos. A partir do momento em que entram na mitocndria, os cidos gordos sero reduzidos a acetil-CoA. O malonil-CoA o primeiro intermedirio da biossntese de cidos gordos no citosol, sendo que a sua concentrao aumenta sempre que se verifica uma boa reserva de hidratos de carbono. A inibio da carnitina-aciltransferase I pelo malonil-CoA inibe a oxidao dos cidos gordos sempre que h um nvel de glicose suficiente no fgado. Relativamente s enzimas intervenientes na -oxidao, sempre que a concentrao de NADH elevada relativamente de NAD+, a hidroxiacil-CoA inibida; por outro lado, altas concentraes de acetil-CoA inibem a aco da tiolase.

-oxidao (trs ciclos)

aco da isomerase (passagem de cis-3 para trans-2 -oxidao (um ciclo)

aco da redutase atravs do NADPH

aco da isomerase (a dupla ligao transferida para o segundo carbono) 18

-oxidao (quatro ciclos)

2.7- CATABOLISMO DE PROTENAS E AMINOCIDOS, E UREOGNESEA protena tem muitas funes importantes no corpo: o sangue necessita das protenas para os glbulos vermelhos, glbulos brancos e numerosos compostos do plasma; a imunidade do corpo tambm depende das protenas, que so necessrias para a formao dos anticorpos e dos glbulos brancos que combatem as doenas; as enzimas e as hormonas (por exemplo a insulina) tambm so protenas, etc. As protenas podem ser encontradas em produtos animais como carne, peixe, ovos, leite e seus derivados e em alimentos vegetais como cereais, gros e sementes. Todas as fontes de protenas contm alguns dos aminocidos essenciais, mas em quantidades variadas. A degradao das protenas realizada, inicialmente, por enzimas que so sintetizadas no estmago, pncreas e intestino delgado. Tanto o pncreas como o estmago sintetizam enzimas sob a forma inactiva (zimognios) que so activadas por clivagem proteoltica. O intestino delgado, por outro lado, sintetiza as enzimas j activas. Uma das enzimas sintetizadas pelo estmago o pepsinognio, forma inactiva. A sua forma activa designa-se por pepsina. Neste processo de activao esto envolvidas as hormonas: gastrina, histamina e acetilcolina. A gastrina produzida nas clulas G ao nvel do antro gstrico que vai ser excretada para o sangue. Quando a concentrao de gastrina aumenta, esta vai actuar ao nvel das clulas parietais do estmago. Estas clulas fazem com que haja produo de HCl atravs de uma bomba H+, k+, ATPase (bomba de protes). Assim, o pH no interior do estmago diminui o que faz com que o pepsinognio se transforme em pepsina (pepsina quebra as ligaes peptdicas). O suco pancretico contm o tripsinognio e o quimiotripsinognio, formas inactivas cujas formas activas designam-se por tripsina e quimiotripsina, respectivamente. A tripsina e a quimiotripsina hidrolisam polipptidos, transformando-os em oligopptidos. Ao nvel do duodeno, o tripsinognio entra em contacto com a enterocinase, enzima segregada pelas clulas da mucosa intestinal, convertendo-se em tripsina, que por sua vez contribui para a converso do precursor inactivo quimiotripsinognio em quimiotripsina, enzima activa.

Existem duas vias para a degradao das protenas: via proteoltica da ubiquitina (dependente de ATP) e via lisossomal (independente de ATP). Ambas resultam na quebra das ligaes peptdicas entre os aminocidos numa protena pelas proteases.

Via da ubiquitinaEm geral, na via da ubiquitina, as protenas so degradadas por um complexo de protease 26S (tambm designado por proteassoma) que reconhece as protenas a ser degradas pela presena de ubiquitina nestas. A ubiquitina uma protena, presente em todas as clulas eucariticas, que possui um importante papel na marcao de protenas para a sua degradao. Trs enzimas (E1, E2 e E3) participam na conjugao de ubiquitina s protenas. Inicialmente, a enzima E1 liga-se ubiquitina tornando-a activa. A ubiquitina activada ento ligada enzima E2 e posteriormente enzima E3 que catalisa a transferncia da ubiquitina para a protena alvo. Esta protena ubiquitinada depois digerida por um complexo de protease 26S. Esta protease energizada por ATP poupa a ubiquitina, que reciclada, desdobra a protena e digere-a. 19

Via lisossomalLisossomas so vesculas repletas de enzimas hidrolticas em estado inactivo. O perfeito funcionamento das enzimas lisossmicas depende de um pH prximo de 5. Dentro destas enzimas destacam-se as catepsinas B, C, D, H, L, s quais se atribui a degradao de protenas associadas membrana celular e de diversas outras protenas em condies de privao nutricional (em tecidos como o fgado, o rim e o msculo cardaco). Existem dois caminhos alternativos dos quais derivam os materiais a serem digeridos pelos lisossomas: autofagia e endocitose. A autofagia diz respeito digesto gradual dos componentes da prpria clula. O primeiro passo da autofagia um mecanismo de envolvimento da protena a ser digerida por uma membrana do retculo endoplasmtico, ou membrana plasmtica formando ento uma vescula designada por autofagossomo. Este autofagossomo funde-se com os lisossomas ocorrendo digesto do seu contedo. A endocitose est envolvida no processo de degradao de materiais estranhos vindos do extracelular (por meio da endocitose), de protenas de membrana e componentes celulares envelhecidos. Esta protelise estimulada pelo jejum no fgado. A protelise ocorre atravs de processos selectivos e no selectivos. Entre os no selectivos esto a macroautofagia (fuso de lisossomas com vacolos originrios do complexo de Golgi e retculo endoplasmtico liso) e a microautofagia (invaginao da superfcie lisossomal que leva produo de vesculas cujo contedo proteico sofre degradao no interior do lisossoma). Ao processo contnuo de sntese e degradao das protenas d-se o nome de reciclagem ou renovao proteica. Em geral um adulto degrada 1-2% das suas protenas por dia. Cerca de 75-80% dos aminocidos libertados so usados para nova sntese proteica e os restantes 20-25% so degradados (e no armazenados). A renovao proteica permite a sntese de protenas adequadas assim como a degradao de protenas desnecessrias. Para alm disso, protege as clulas de acumulao de protenas anormais (como por exemplo erros na sntese proteica ou desnaturao espontnea). Protenas Degradao Aminocidos de notar que a degradao das protenas em resposta ao stress, deficincias nutritivas e cansao pode ser suprimida ou promovida. Em resposta ao stress, o corpo segrega a epinefrina, a noreepinefrina, o cortisol e outras hormonas. Os glicocorticides (tais como o cortisol) tm uma aco catablica, suprimindo, assim, a sntese de protenas e promovendo a degradao destas em aminocidos. Este processo necessrio para neutralizar o stress. No entanto, se o processo for prolongado, o catabolismo resultante muito prejudicial ao corpo que pode resultar na supresso do sistema imunitrio, dos orgos digestivos, das hormonas de crescimento e de outros sistemas importantes do corpo. Quando um corpo apresenta deficincias nutritivas, ou seja, quando no pode metabolizar correctamente acares, hidratos de carbono e gorduras que participam nos ciclos da gliclise e ciclo de krebs haver digesto das protenas endgenas a fim de produzir energia. O uso da protena para a obteno de energia no necessariamente econmico para o corpo, porque a manuteno, o crescimento, e o reparo dos tecidos so comprometidos para se encontrar necessidades de energia. Tambm, a fatiga e outras condies da sade podem causar um estado catablico superior. Os aminocidos, constituintes das protenas, podem ser usados como precursores de molculas biolgicas azotadas, pois tm na sua constituio um grupo amina. O excesso de aminocidos da dieta no armazenado nem excretado mas sim convertido em piruvato, oxalacetato e -cetoglutarato. Consequentemente, os aminocidos podem tambm ser 20 Sntese

considerados precursores da glicose, cidos gordos e corpos cetnicos. Deste modo, podem ser considerados compostos energticos. O maior local de degradao dos aminocidos o fgado e neste processo est envolvido a eliminao do grupo amina dos aminocidos a ser degradados. As principais reaces envolvidas na eliminao do grupo amina so a transaminao e a desaminao oxidativa. A uma transaminao acoplada a uma desaminao oxidativa d-se o nome de transdesaminao. Na transaminao h transferncia do grupo amina de um aminocido para um -cetocido, originando o -cetocido e aminocido correspondentes: aminocido A + cetocido B aminocido B + cetocido A Na desaminao oxidativa h remoo do grupo amina de um aminocido, catalisada por uma aminotransferase com reduo de NAD+ (ou NADP+) a NADH + H+(ou NADPH + H+): aminocido + NAD(P)+ + H2O cetocido + NAD(P)H + H+ + NH4+ As aminotransferases que catalisam este tipo de reaces so especficas para cada tipo de aminocidos originando -cetocidos correspondentes. Assim, no decurso do seu catabolismo os aminocidos perdem os seus tomos de azoto que, na sua maioria, so incorporados na ureia e excretados na urina. O amonaco (NH3) forma-se em todos os tecidos, mas como um composto extremamente txico para o organismo incorporado em alguns compostos menos txicos. O amonaco pode ser transportado para o fgado sob a forma de glutamato, glutamina ou alanina. Em meio aquoso o amonaco (NH3) encontra-se sob a forma de io amnio (NH4+). O amonaco obtido a partir dos aminocidos quando estes so necessrios como percursores da glicose ou para fornecer energia. O metabolismo bacteriano no lmen intestinal tambm uma fonte importante de amonaco, sendo absorvido e transportado para o fgado. A glutamato desidrogenase catalisa a reaco em que se forma glutamato a partir da incorporao de amonaco no -cetoglutarato. A reaco contrria catalizada pela mesma enzima. O glutamato um dos aminocidos que entram nas transaminaes e desaminaes oxidativas. A glutamato desidrogenase regulada alostericamente por nucletidos de purinas. Quando os nveis de ADP e GDP so elevados, nessessrio a oxidao de aminocidos para a obteno de energia e a glutamato desigrogenase aumenta a sua actividade no sentido de degradar glutamato. Por outro lado quando os nveis de ATP e GTP so elevados estes so activadores alostricos da sntese de glutamato. A glutamina representa metade dos aminocidos em circulao e o seu grupo amina um doador de azoto para vrias classes de molculas como as bases pricas e o grupo amina da citosina. Na presena da glutamina sintase e ATP o amonaco incorporado no glutamato formando glutamina. Esta reaco ocorre em duas etapas. Numa primeira fase, o ATP doa um grupo fosforil ao glutamato formando-se um composto intermedirio (-glutamil-fosfato). Na segunda fase, o amonaco reage com este composto intermedirio deslocando o fosfato inorgnico para produzir glutamina. O amonaco produzido na degradao dos aminocidos nos msculos tambm transportado para o fgado sob a forma de alanina usando o ciclo glicose-alanina. Nos msculos o amonaco reage com o -cetoglutarato na presena da glutamato- desidrogenase formando glutamato, que por sua vez na presena de alanina-transaminase transfere o seu grupo amina para o piruvato formando alanina. A alanina no fgado transfere o seu grupo amina para o -cetoglutarato por intermdio da alanina-transaminase. Em condies de necessidade energtica as protenas que esto nas clulas musculares so degradadas e os grupos amina so transferidos para produzir glutamina e alanina e transportados para o rim e fgado.

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O fgado o principal destino da glutamina e da alanina do sangue, onde o amonaco libertado pela alanina aminotransferase, glutaminase e glutamato desidrogenase. A ltima tambm produz NADH e -cetoglutarato, um intermedirio do glicognio. De uma forma geral, dos processos de degradao de aminocidos resultam grupos amina, que no sendo utilizados pelo organismo para sintetizar novos aminocidos ou outros produtos azotados, so modificados dando origem a um produto final que ser excretado. O grupo amina removido a partir do aminocido degradado forma ies amnio. O io amnio extremamente txico para os organismos da grande maioria dos mamferos terrestres e por isso tem que ser convertida num composto no txico, e portanto tolervel, por estes. Este composto designa-se ureia. A ureia produzida a partir de vrias reaces sequenciais que constituem o Ciclo da Ureia (Ureognese ou Ciclo de Krebs-Henseleit) e posteriormente excretada na urina. A formao de ureia - NH2CONH2 - ocorre nas clulas hepticas, principais clulas do fgado, a partir de dois compostos inorgnicos, dixido de carbono CO 2 e ies amnio NH4+. Estes ies tm origem na remoo de grupos amina. Para a remoo dos grupos amina existem diferentes processos possveis. Num processo est envolvida uma transdesaminao: a transaminao envolvida na transferncia do grupo amina de um aminocido para o ceglutarato originando glutamato e por outro lado, a desaminao oxidativa catalisada pela glutamato - desidrogenase, havendo remoo do grupo amina do glutamato. O grupo amina resultante entra no ciclo da ureia. Um segundo processo inclui duas reaces de transaminao. A primeira destas a transferncia do grupo amina para o -cetaglutarato resultando a formao do glutamato. A segunda, catalisada pela aspartato aminotransferase, a transferncia do grupo amina do glutamato para o oxaloacetato resultando ento a formao de aspartato. O Aspartato formado entra no ciclo da ureia pela condensao com a citrulina. Desta forma, um segundo grupo amina entra no ciclo, dando portanto origem a um segundo tomo de azoto que ser utilizado na formao de ureia. Uma pequena parte dos ies amnio utilizada no ciclo da ureia pode ser originada pela oxidao de aminocidos pelas bactrias existentes na flora intestinal e transportada at ao fgado pela veia porta. O ciclo da ureia inclui cinco reaces principais que permitem a sntese do composto orgnico ureia a partir de dois compostos inorgnicos, dixido de carbono CO2 e ies amnio NH4+. As duas primeiras reaces do ciclo envolvido ocorrem nas mitocndrias e as restantes trs no citosol das referidas clulas. O ciclo inicia-se com a formao do Carbomoil Fosfato. Esta reaco catalisada pela carbomoil fosfato sintase I (CPSI) e irreversvel, constituindo, assim, um local importante de regulao do ciclo. Esta reaco implica o consumo de duas molculas de ATP. Segue-se a a formao de citrulina na qual se d a transferncia do grupo carbomoil para a ornitina pela ornitina transcarboximoilase. A ornitina uma molcula transportadora que permite a progresso do ciclo pois auxilia no transporte de citrulina do interior da mitocndria para o citosol. Segue-se a sntese de argininosuccinato, catalisada pela argininosuccinato sintetase, e onde ocorre condensao da citrulina com o aspartato. Esta reaco desencadeada pela clivagem de ATP, da qual resultam AMP e pirofosfato. O pirofosfato rapidamente hidrolisado originando dois fosfatos inorgnicos. Existe, assim, consumo de dois equivalentes de ATP. A reaco que se segue a clivagem de argininosuccinato, catalizada pela ariginosuccinato liase, da qual resultam fumarato e arginina. Por fim tem-se a clivagem de arginina da qual resultam a ornitina e a ureia. A enzima que catalisa esta clivagem designa-se arginase. Esta enzima existe exclusivamente no fgado o que torna a produo de ureia exclusiva a este rgo. Existem, ainda, transportadores especficos para a ornitina na membrana mitocondrial interna pelo que depois de originada esta transportada para o interior da mitocndria permitindo iniciar-se um novo ciclo. A ureia formada transportada pelo sangue at aos rins para posteriormente ser excretada na urina. O fumarato formado no ciclo da ureia convertido em malato estando nesta reaco envolvida a enzima fumarase. No citosol, o malato pode por um lado ser convertido em oxaloacetato que por sua vez pode ser convertido em aspartato ou por outro lado ser transportado para o interior da mitocndria e a entrar no ciclo do cido ctrico. Os NADH 22

formados em ambas as situaes podem ser oxidados pela cadeia transportadora de electres dando, cada molcula de NADH, origem a 2,5 molculas de ATP. Por outro lado, o fumarato tambm um interveniente no ciclo do cido ctrico. Os ciclos esto assim interligados. Apesar disto, estes ciclos ocorrem independentemente e a comunicao entre ambos depende do transporte de intermedirios entre a mitocndria e o citosol. Vrias enzimas do ciclo do cido ctrico incluindo a fumarase (fumarato hidratase) e a malato desidrogenase esto presentes como isoenzimas no citosol. O fumarato originado a partir da sntese no citosol de arginina pode ser convertido em malato no citosol e estes intermedirios podem ser depois metabolizados no citosol ou transportados para o interior da mitocndria para serem usados no ciclo do cido ctrico. O aspartato formado na mitocndria por transaminao entre o oxaloacetato e o glutamato pode ser transportado para o citosol onde funciona como dador de azoto no ciclo da ureia. A regulao do ciclo da ureia pode ser considerada a dois nveis. A regulao principal do ciclo da ureia realizada pelo N-acetil glutamato (formado a partir da acetil-CoA e do glutamato) que activa alostericamente a carbomoil fosfato sintase I (CPSI). Tal como j foi mencionado esta enzima cataliza a primeira reaco do ciclo sendo por isso determinante na sua regulao global. Se for seguida uma dieta rica em protenas, os aminocidos excedentes so desaminados. Disto resulta um aumento da concentrao de glutamato e portanto de Nacetil glutamato. O N-acetil glutamato activa a CPSI, e desta forma, promove o desenrolar do ciclo da ureia com o objectivo de compensar o excesso de azoto existente. Existe um outro tipo de regulao do ciclo, s que este a longo prazo. Sabe-se que alteraes na dieta podem induzir ou inibir a transcrio das enzimas envolvidas no ciclo da ureia. Por exemplo, em jejum, h um aumento da degradao das protenas constituintes de alguns tecidos o que induz a sntese de enzimas intervenientes no ciclo da ureia, de forma a compensar o excesso de io amnio originado.

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2.9- GliconeogneseNa ausncia de glicose, a manuteno da glicemia faz-se a partir da sntese de glicose a partir de percursores no glicdicos. Define-se gliconeognese como a formao de glicose a partir de material no glicdico. O fgado e os rins so denominados stios de gliconeognese, e compensam a sua fraca capacidade glicoltica com a elevada capacidade gliconeognica (processos realizados em clulas diferentes). Nestes stios os precursores seguem vias especiais, dando genericamente e directa ou indirectamente piruvato, que segue a via comum. So os aminocidos, os lpidos e o lactato que seguem as vias especiais. Nos aminocidos a via faz-se apenas utilizando aminocidos glicoformadores, que a partir de aminaes ou transaminaes originam piruvato, -cetoglutarato, oxaloacetato ou SuccinilCoA. Nos lpidos, apenas o glicerol se converte em dihidroxicetona fosfato, um interveniente da gliclise/gliconeognese. O lactato, como se sabe, produzido constantemente nos eritrcitos e tambm nos msculos sob exerccio intenso. Como no existem nestes locais as enzimas necessrias para fazer o processo inverso, ento tem que ser transportado at ao fgado (ou rim) que atravs do ciclo de Cori oxidado a piruvato. A via comum ou final por assim dizer o processo inverso da gliclise, em tudo igual, excepto em trs reaces, as de regulao. De uma maneira ou de outra, todos os produtos das vias especiais do origem a piruvato, que ento convertido em oxaloacetato que origina fosfoenolpiruvato. O que sucede que o oxaloacetato formado dentro da mitocndria e o fosfoenolpiruvato fora desta, ento, como o oxaloacetato no consegue atravessar a membrana, tem de ser convertido em malato para poder ser transportado para fora da mitocndria e voltar a oxaloacetato para originar fosfoenolpiruvato, no primeiro e segundo passos da gliconeognese (um dos passos de regulao). Pode-se ver no esquema a representao das duas vias antagnicas intervenientes. A regulao deste processo metablico feita pelas enzimas dos passos de regulao. As duas primeiras, a piruvato carboxilase e a fosfoenolpiruvato carboxicinase so estimuladas pelo acetil-CoA, e so passos com grande energia de activao, sendo altamente desfavorveis (como se pode ver 24 glicolise/gliconeognese, e as enzimas

gasta-se um ATP e um GTP, molculas que cedem a energia necessria para ultrapassar esse obstculo). No por acaso que os passos de maior energia de activao so os de regulao, faz sentido que assim seja, de modo a garantir a permanncia de apenas um sentido de cada vez. A frutose-1,6-bisfosfatase estimulada pelo citrato e inibida pelo AMP (que estimula a gliclise, fazendo sentido inibir a gliconeognese) e pela frutose-2,6-bifosfato, molcula controlada pelo sistema hormonal insulina/glicagina. Por ultimo, e na regulao da ultima reaco da gliconeognese, encontramos a glicose-6-fosfatase que apesar de no ser controlada alostericamente varia aproximadamente de uma maneira linear com a concentrao de substrato. Como se pode ver pelo esquema, a gliconeognese um processo que requer muita energia, de modo que um processo de recurso quando no h mais nada que fornea glicose de uma maneira mais fcil, no sentido de aumentar a glicemia.

Catabolismo dos aminocidos glicognicosQuanto ao destino dos produtos que advm do seu metabolismo, os aminocidos podem dividir-se em glicognicos, que originam metablitos que so incorporados como intermedirios no Ciclo de Krebs e no metabolismo da glicose (piruvato, alfa-cetoglutarato, succinil-CoA, fumarato e oxaloacetato), e cetognicos, que originam metablitos que so incorporados no metabolismo dos lpidos, podendo formar cidos gordos ou corpos cetnicos (acetil-CoA ou acetoacetil-CoA). importante referir que existem aminocidos que, no decurso do seu catabolismo, originam acetil-CoA e intermedirios do Ciclo de Krebs ou da gliclise, sendo classificados como simultaneamente glicognicos e cetognicos. Actualmente, a leucina tido, por muitos, como o nico aminocido exclusivamente cetognico. De seguida, ir-se- explicar mais a fundo o catabolismo de alguns dos aminocidos glicognicos. No demais referir que o facto de os aminocidos poderem gerar piruvato e/ou intermedirios do ciclo de Krebs e/ou acetil-CoA permite compreender que, ao serem oxidados a CO2, podem contribuir para a sntese de ATP sendo, a par com os glcidos e os lpidos, compostos potencialmente energticos. Para se compreenderem os mecanismos presentes no catabolismo dos aminocidos, necessrio ter, pelo menos, estas duas noes bsicas: Transaminao - consiste na transferncia reversvel do grupo amina de um aminocido para um alfa-cetocido, na presena da transaminase, produzindo o aminocido correspondente ao alfa-cetocido, e o alfa-cetocido correspondente ao 25

aminocido original. Geralmente, o aceitador do grupo amina o alfa-cetoglutarato, que convertido em glutamato Desaminao oxidativa - por aco da glutamato desidrogenase, d-se a remoo do grupo amina, sob a forma de io amnio livre, a partir do glutamato proveniente, sobretudo, das reaces de transaminao. O NAD+ funciona como aceitador de electres, isto quando o pH de 9.0, pois caso este suba para 9.5, o aceitador de electres ser o NADP+.

- A asparagina hidrolisada, por aco da asparaginase, originando aspartato e ies amnio. Seguidamente, o aspartato sofre uma transaminao (aspartato + alfa-cetocido glutamato + oxaloacetato) originando oxaloacetato.

- A serina sofre uma desaminao, originando piruvato, sendo que o grupo amina libertado como io amnio, ao invs de ser transferido para outro composto.

- A cistena convertida a piruvato por um processo que liberta io amnio e enxofre, que advm da oxidao do grupo tiol da cistena. Existe outro processo alternativo de catabolismo da cistena, processo este em que no h perda do grupo azotado formando-se, em vez de piruvato, taurina (que , em ltima anlise, eliminada na urina).

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- Aquando da transaminao do aspartato e da alanina forma-se, para alm de, respectivamente, oxaloacetato e piruvato, glutamato.

- O glutamato pode, por desaminao, originar alfa-cetoglutarato (intermedirio do Ciclo de Krebs) e, por outro lado, pode tambm dar origem a alfa-cetoglutarato por aco da glutamato desidrogenase. Esta reaco d tambm origem ao io amnio. O alfa-cetoglutarato pode seguir dois caminhos distintos, sendo utilizado como intermedirio no Ciclo de Krebs ou, pelo contrrio, numa outra transaminao.

- A treonina um exemplo de aminocido simultaneamente glicognico e cetognico, uma vez que forma acetil-CoA e glicina. A acetil-CoA precursora de corpos cetnicos e a glicina potencialmente glicognica, dado que pode ser convertida a serina por aco da serinahidroximetiltransferase. (ver, na apresentao, a figura-resumo da relao entre o catabolismo dos aminocidos e o Ciclo de Krebs / Gliconeognese.) Os ies amnio, formados por transaminao/desaminao oxidativa e por outras reaces so exportados dos tecidos extra-hepticos para o fgado atravs de dois mecanismos de 27

transporte: a sntese de glutamina e o ciclo glicose-alanina (sendo que e dar mais importncia ao primeiro, uma vez que o mais utilizado). - Sntese da Glutamina:

Primeira reaco sntese da glutamina, por parte da maioria dos tecidos, a partir do glutamato, como forma de armazenamento temporrio no txico e transporte de amnio para o fgado ou para os rins. Segunda reaco a glutamina hidrolisada, no fgado e rim, a glutamato e amnia, pela aco da enzima glutaminase. A partir da ultima reaco: No fgado o NH3 utilizado na sntese da ureia; No rim o glutamato sofre desaminao oxidativa, dando origem a alfa-cetoglutarato, sendo excretadas, na urina, dois ies amnio para cada glutamina transformada em alfa-cetoglutarato. Nos tbulos renais, o amonaco protonado a ies amnio, que neutralizam os cidos metablicos na urina.

Metabolismo do glicognioA glicose pode ser armazenada, no nosso organismo, sob a forma de glicognio. Este , ento, um polissacardeo originado por polimerizao da glicose. O glicognio muito ramificado, possuindo ligaes glicosdicas -1,4 ao longo de um mesmo ramo, e ligaes 1,6 nos pontos de derivao de novos ramos, assim como terminais no redutores, na sua maioria. As reservas de glicognio esto centradas no fgado e no tecido muscular esqueltico, onde este aparece sob a forma de grnulos citoslicos, juntamente com a generalidade das enzimas necessrias ao seu metabolismo. No que diz respeito a esse mesmo metabolismo, tm-se os processos de glicogenlise, catablico, que visa a obteno de glicose-6-fosfato (G-6-P) a partir do glicognio, e de glicognese, sntese / alongamento de molculas de glicognio, anablico. Na glicogenlise, por aco da glicognio-fosforilase, um resduo de glicose removido de um terminal no redutor da cadeia de glicognio. A ligao -1,4 atacada por 28

um fosfato inorgnico, originando-se glicose-1-fosfato (G-1-P), e encurtando-se a cadeia Fosforlise. A actividade desta enzima sucessivamente repetida, e cessada quando esta atinge um ponto distncia de 4 resduos de uma ramificao (ligao -1,6). A, necessria a enzima desramificante, para se poder continuar o processo. Em primeiro lugar, a enzima desramificante actua como transferase, transferindo um bloco de 3 resduos de glicose para um terminal no redutor, formando-se uma ligao -1,4. Posto isto, o nico resduo restante na ramificao removido pela aco de glicosidase desta enzima, soltando-se uma molcula de glicose simples, e assim se obtm de novo uma cadeia apelativa actividade da fosforilase. Segue-se a aco da fosfoglicomutase, que catalisa a reaco reversvel entre a G-1-P e a G-6-P. Inicialmente fosforilada, a enzima cede o seu grupo fosfato G-1-P, formando-se glicose-1,6-difosfato. Esta cede o seu fosfato-1 de novo enzima, que se fosforila novamente, originando-se G-6-P. No tecido muscular esqueltico, o glicognio de consumo local A G-6-P obtida entra directamente na gliclise, que conduzir produo de energia necessria contraco muscular. J no fgado, o objectivo ltimo , sim, a libertao de glicose para o sangue, nomeadamente em perodos em que a glicmia tende a baixar, como em jejum, para restabelecer os nveis desta. Existe ento, apenas no fgado, a G-6-fosfatase. Esta enzima protena integrante da membrana do retculo endoplasmtico, tendo o seu centro activo na face interna da mesma membrana. Tal facto implica a existncia de transportadores especficos para mover a G-6-P para o interior do retculo, e para conduzir os produtos da sua hidrlise, glicose e fosfato inorgnico, de volta ao citosol. A glicose ento encaminhada corrente sangunea por outro transportador (GLUT2). Quando se verifica uma elevada glicmia, ou em perodos de repouso, no msculo, todo este processo cessado e tem incio a glicognese. A glicognese inicia-se com a aco inversa da fosfoglicomutase, obtendo-se, a partir de G-6-P, G-1-P, que por sua ver reage com o UTP para originar UDP-glicose, o substrato do alongamento da molcula de glicognio. A enzima glicognio-sintase vai catalisar este processo, transferindo resduos de glicose da UDP-glicose para um terminal no redutor do glicognio, formando-se uma ligao -1,4. A enzima ramificante vai, depois da adio de diversos resduos pela sintase, transferir um fragmento de 6-8 resduos terminal, formando-se uma ligao -1,6, e uma nova ramificao. Em resposta incapacidade da glicognio-sintase de sintetizar uma molcula de glicognio a partir do zero, surge a glicogenina, que para alm de ser a molcula onde os primeiros resduos de glicose se vo ligar, tambm a enzima que catalisa estas mesmas para longe do

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ligaes, com a sua actividade intrnseca de glicosiltransferase. Chegando aos 8 resduos de comprimento, inicia-se ento a aco da glicognio-sintase. Sumarizando a regulao no hormonal dos processos metablicos do glicognio, temos, a regulao por fosforilao reversvel das enzimas glicognio-fosforilase e glicognio-sintase, da responsabilidade das cinases (fosforilao) e da fosfatase-1 (desfosforilao). A fosforilao vai activar a fosforilase, e inactivar a sintase, favorecendo a glicogenlise, enquanto que a desfosforilao tem o efeito oposto, contribuindo para a ocorrncia de glicognese. As cinases e a fosfatase-1 podem ainda ser, tambm, reguladas por fosforilao. No msculo, a glicognio-fosforilase ainda activada e inibida alostericamente pelo AMP e ATP, respectivamente, e a cinase da fosforilase activada alostericamente pelo complexo clcio-calmodulina. A glicognio-sintase activada por ligao G-6-P, uma vez que esta facilita a sua desfosforilao. Os transportadores de glicose do fgado, GLUT2, permitem um equilbrio entre a concentrao de glicose no sangue e nos hepatcitos. A glicose, quando em grande quantidade, vai activar a fosfatase-1, que por sua vez inactiva a fosforilase, inibindo-se a degradao do glicognio.

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2.10- Sntese de cidos Gordosa) Biossntese de cidos gordosOs cidos gordos so sintetizados sempre que h excesso calrico na dieta, em diversos rgos, como sejam o fgado, crebro, rim, pulmo, tecido adiposo, entre outros. O local desta sntese no citoplasma da clula, sendo que a principal origem do carbono para esta via proveniente dos glcidos da dieta alimentar. A glicose convertida em piruvato (via gliclise), que entra para a mitocndria, formando acetil-CoA e oxaloacetato. Como a sntese de cidos gordos ocorre no citoplasma, ao passo que a sntese de acetil-CoA ocorre na mitocndria necessrio transportar a acetil-CoA para o citoplasma. Isto feito pelo sistema de transporte dos cidos tricarboxlicos, tambm chamado ciclo do citrato: o citrato formado na mitocndria por condensao do acetil-CoA com oxaloacetato difunde-se para o citoplasma, onde clivado pela citrato-liase em acetil-CoA ( fonte dos carbonos utilizados na sntese) e oxaloacetato, que depois reduzido a malato pela malato desidrogenase, que se pode difundir de volta para a mitocndria ou originar piruvato (reduo do malato a piruvato pela enzima mlica, que pode ser uma fonte de NADPH, como referido mais frente), que tambm se difunde para a mitocndria. 1 Passo carboxilao da acetil-CoA a malonil-CoA um processo irreversvel, no ocorrendo, portanto, na -oxidao. A reaco catalizada pela acetil-CoA carboxilase. Esta protena, que na clula animal constitui um polipptido multifuncional, necessita da biotina e constituda por 3 regies funcionais: protena transportadora de biotina, que est ligada covalentemente biotina por uma ligao amida; biotina carboxilase, responsvel pela activao do CO2 (proveniente do io bicarbonato), e sua transferncia para a biotina, numa reaco dependente de ATP; transcarboxilase, responsvel pela transferncia do CO2 da biotina para a acetilCoA, produzindo o malonil-CoA. Complexo multienzimtico da sntese de cidos gordos Este complexo constitudo por um dmero, em que cada monmero consiste numa cadeia polipeptdica que contm as setes actividades enzimticas da sntese: -cetoacil-ACP sintetase, acetil-CoA-ACP transacetilase, malonil-CoA-ACP transferase, tioesterase, cetoacil-ACP redutase, enoil-ACP redutase e -hidroxiacil-ACP desidratase.

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Sntese de cidos gordos A ACP (protena transportadora de acil) uma pequena protena que contm um grupo prosttico, 4-fosfopantetana. O grupo SH pertencente a este grupo prosttico o local de ligao do grupo malonilo (CoA libertada) durante a sntese, atravs da malonil-CoA-ACP transferase. O grupo acetilo (proveniente da acetil-CoA, CoA libertada) necessrio para a primeira reaco do primeiro ciclo da sntese, ligando-se ao grupo SH da -cetoacil-ACP sintetase, ligao esta promovida pela acetil-CoA-ACP transacetilase. As cadeias de cidos gordos so formadas a partir de repetidas sequncias (ciclos) de 4 passos: 1 reaco: condensao do grupo acetilo e do grupo malonilo formando o acetoacetil-ACP, atravs da -cetoacil-ACP sintetase; por cada passagem pelo ciclo, a cadeia aumentada em 2 carbonos e libertada uma molcula de CO2 do grupo malonilo, a qual foi adicionada aquando da carboxilao da acetil-CoA a malonilCoA; 2 reaco: reduo do acetoacetil-ACP, formando-se o -hidroxibutiril-ACP, sendo catalisada pela cetoacil-ACP reductase; o NADPH oxidado a NADP+; 3 reaco: remoo do elemento gua (desidratao do -hidroxibutiril-ACP), formando-se o trans-2-butenoil-ACP, atravs da -hidroxiacil-ACP desidratase; forma-se uma dupla ligao entre o C2 e o C3; 4 reaco: a dupla ligao do trans-2-butenoil-ACP reduzida (saturada), formando-se butiril-ACP, reaco catalisada pela enoil-ACP reductase. Aqui o dador de electres, tal como na 2 reaco, o NADPH, que oxidado a NADP+. Posteriormente, o grupo butiril-ACP transferido do grupo SH do ACP para o grupo SH da -cetacil-ACP sintetase, de forma a se poder ligar mais um grupo malonilo ACP, e assim se poder reiniciar um novo ciclo de 4 reaces. As reaces de condensao e reduo param, geralmente, aps 7 ciclos, com a formao do composto saturado palmitil-ACP (16 carbonos). Numa reaco de hidrlise (quebra da ligao entre o palmitato e a ACP), catalisada pela tioesterase, ocorre a libertao do palmitato do ACP. Reaco geral do processo: 8 acetil-CoA + 7ATP + 14NADPH + 14H+ 14NADP+ + 6H2O Palmitato + 8CoA + 7ADP + 7Pi +

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A activao prvia dos cidos gordos consiste numa reaco catalisada pela acil-CoA sintetase: os cidos gordos reagem com o ATP e CoA gerando-se como produtos AMP, pirofosfato (PPi) e acil-CoA (cido gordo + CoA + ATP acil-CoA + AMP + PPi). Fontes de NADPH As principais fontes de NADPH para as redues ocorridas durante a sntese so: a enzima mlica, na reaco de converso do malato a piruvato; a via das fosfopentoses, que decorre igualmente no citoplasma; a enzima desidrogenase isoctrica, que catalisa a formao -cetoglutarato a partir do isocitrato, durante o ciclo de Krebs.

b) Alongamento e reduo dos cidos gordos sintetizadosO destino metablico do palmitato formado ser tioesterificado com a CoA formando palmitil-CoA (acil-CoA sintetase) que pode estar na origem de triacilgliceris e outros lpidos (esterificao, isto , os cidos gordos reagem com lcoois produzindo steres; particularmente importante no tecido adiposo, fgado, glndula mamria activa e intestino delgado), de cidos gordos com maior nmero de carbonos (alongamento), de cidos gordos insaturados (dessaturao) ou sofrer, eventualmente, -oxidao (os cidos gordos transportados para a mitocndria pela carnitina so, atravs da oxidaao, degradados em acil-CoA e acetil-CoA, que por sua vez so intervenientes no ciclo de Krebs). Neste trabalho apenas vamos focar o alongamento e a dessaturao. Alongamento O palmitato, que o principal produto da sntese de cidos gordos nas clulas animais, o percursor das cadeias longas de cidos gordos. Pode ser alongado para formar estearato (18:0) (estearato (18C) forma-se por adio de 2 tomos de carbono ao palmitato (16C) ) ou mesmo maiores cidos gordos saturados, por sucessivas adies de unidades de 2 carbonos

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(do malonil-CoA) acil-CoA, atravs da aco dos sistemas de alongamento dos cidos gordos presentes no retculo endoplasmtico liso e na mitocndria. O sistema de alongamento mais activo do reticulo endoplasmtico estende a cadeia de palmitoil-CoA, formada por 16 carbonos, a mais 2 carbonos, formando o estearoil-CoA. O palmitato o percursor do estearato e dos cidos gordos saturados de cadeia longa, como o palmitoleato e o oleato. Os mamferos no podem converter oleato em linoleato ou em -linolenato, os quais so fundamentais na dieta alimentar, pois so cidos gordos essenciais. A converso do linoleato a outros cidos gordos polinsaturados e eicosanides est esboada na figura. Os cidos gordos insaturados esto indicados com o nmero de carbonos seguidos do nmero de ligaes duplas e este seguido da posio dessas ligaes duplas. Dessaturao Cada dessaturao consiste em acrescentar 1 ligao dupla ao cido gordo, mantendo o nmero de carbonos. Ou seja o cido gordo deixa de ser saturado e passa a ser insaturado. Reparemos na dessaturao do palmitato a palmitoleato: mantm o mesmo nmero de carbonos (16) mas acrescenta uma ligao dupla na posio 9. O palmitato e o estearato so os percursores dos cidos gordos monoinsaturados mais comuns do tecido animal: o palmitoleato, 16:1(9), e o oleato, 18:1(9). A ligao dupla introduzida dentro da cadeia do cido gordo por uma reaco de oxidao catalizada pela acilCoA dessaturase, que uma oxidase. Nesta reaco, dois substratos diferentes, o cido gordo e o NADH ou NADPH, so simultaneamente oxidados. O trajecto do fluxo do electro inclui um citocromo b5 e uma flavoprotena (citocromo b5 redutase), os quais, tal como a acil-CoA desaturase, esto no reticulo endoplasmtico. Nos mamferos no h sntese de cidos gordos polinsaturados, apenas de monoinsaturados: o palmitoleato e o oleato. Os hepatcitos dos mamferos podem introduzir ligaes duplas na posio 9 dos cidos gordos, mas no podem introduzir ligaes duplas adicionais entre o carbono 10 e o metil terminal. Portanto, os mamferos no conseguem sintetizar linoleato, 18:2(9,12), ou -linolenato, 18:3(9,12,15). As plantas, contudo, podem sintetizar tanto cidos gordos polinsaturados como cidos gordos monoinsaturados. Pelo facto de serem os percursores necessrios para a sntese de outros produtos, o linoleato e o linolenato so cidos gordos essenciais para os mamferos, mas como estes no os conseguem sintetizar, devem ser obtidos a partir de vegetais. Uma vez ingerido, o linoleato deve ser convertido em certos cidos polinsaturados, particularmente, o -linolenato, o eicosatirenoato e o araquidonato. O araquidonato, 20:4(5,8,11,14) um percursor essencial regulao dos lpidos, dos eicosanides.

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Regulao da Sntese de cidos gordos O citrato forma-se dentro da mitocndria, no ciclo de Krebs, quando o oxaloacetato reage com o acetil-CoA e por aco da enzima citrato sintase forma o citrato. Quando a concentrao de acetil-CoA e ATP, na mitocndria, aumenta, o citrato transportado para fora da mitocndria. A, vai activar a enzima acetil-CoA carboxilase, que por sua vez vai catalisar a formao do malonil-CoA. Portanto, a activao desta enzima constitui a etapa limitante da biossntese de cidos gordos. O citrato inibe a actividade da fosfofrutocinase-1, reduzindo o fluxo de carbono atravs da gliclise. O citrato um activador alostrico, uma vez que quando se liga enzima acetil-CoA carboxilase (num stio diferente do seu centro activo), vai provocar uma alterao conformacional desta enzima, o que faz aumentar a actividade enzimtica. Portanto, o Vmax da reaco aumenta. O citrato tem um papel muito importante no metabolismo celular na medida que impede que o combustvel metablico seja consumido e em vez disso armazenado como cidos gordos. Para alm do citrato, a acetil-CoA carboxilase pode ser activada pela hormona insulina que vai provocar uma desfosforilao da enzima. Na sua forma activada a acetil-CoA carboxilase polimeriza-se em longos filamentos. Esta enzima tambm regulada por modificaes covalentes. A fosforilao, provocada pelas hormonas epinefrina e glicagina, inactiva a enzima e reduz a sua capacidade activao pelo citrato, retardando assim a sntese de cidos gordos; a fosforilao acompanhada pela sua dissociao em subunidades monomricas e pela consequente perda de actividade. Nos vertebrados, o palmitoil-CoA, que o produto principal da sntese de cidos gordos, um inibidor retrgrado da enzima. A enzima pode ainda ser inactivada por molculas de acil-CoA de cadeia longa. Se a sntese de cidos gordos e a -oxidao se dessem ao mesmo tempo, os 2 processos constituiriam um ciclo ftil, perda de energia. Assim durante a sntese de cidos gordos, a produo do primeiro intermedirio, o malonil-CoA, no permite a -oxidao ao nvel da membrana mitocondrial interna. Quando uma clula ou organismo tem mais combustvel metablico do que o necessrio para as suas necessidades energticas, este excesso convertido em cidos gordos e armazenado como lpidos. H uma relao inversa entre lipognese heptica e a concentrao de cidos gordos livres. Quando ingerimos excesso de cidos gordos insaturados a expresso dos genes que codificam muitas enzimas lipognicas no fgado suprimida. Esta regulao da actividade enz 35

2.11- Sntese dos LpidosBiosntese dos TriacilglicerisO triacilglicerol (TAG) um ster derivado dos cidos gordos e de um nico lcool, o glicerol. assim formado pela unio de trs cidos gordos a uma molcula de glicerol, substituindo estes os trs grupos hidroxilo (-OH) do glicerol pelos seus, formando molculas de gua durante o processo. normalmente identificado como um leo ou gordura e produzido e armazenado nos organismos vivos para fins de reserva alimentar. Os triacilgliceris constituem cerca de 90% dos lpidos ingeridos na alimentao e no organismo os seus locais de sntese incluem o retculo endoplasmtico liso e algumas enzimas localizadas no citosol e na mitocndria. So compostos essencialmente apolares, pois as regies polares dos seus precursores desapareceram na formao das ligaes do tipo ster. Por isso constituem molculas muito hidrofbicas que so insolveis em gua e solveis em solventes orgnicos, como o lcool, benzeno, ter e clorofrmio. Os triacilgliceris podem ser hidrolisados, libertando com isso cidos gordos e glicerol. O principal precursor dos triacilgliceris o glicerol-3-fosfato. Este pode ser obtido principalmente de duas formas: atravs da gliclise, a glicose sofre a aco da enzima glicerol-3-fosfato desidrogenase citosslica que se encontra ligada ao NAD ou ento atravs da enzima glicerol cinase em processos que ocorrem no fgado e no rim, sendo que neste caso o glicerol proveniente do metabolismo dos quilomicrons transformado directamente em glicerol-3-fosfato. Numa primeira fase, so removidos os dois primeiros grupos hidroxilo livres do glicerol-3-fosfato e adicionados dois cidos gordos aos pontos respectivos de esterificao por duas molculas de acil CoA sintetase, sendo que esta reaco ocorre na presena da aciltransferase existente na mitocondria. Desta primeira fase resulta a molcula de cido fosfatdico (dois cido gordos e um grupo fostato ligados a uma molcula de glicerol). Neste ponto a via pode seguir para a formao de triacilglicerol ou de glicerofosfolipdio, como veremos adiante. Pela via do triacilglicerol existem mais 2 passos. No primeiro, o grupo fosfato hidrolisado pela fosfatidato fosfatase presente no citosol para formar um 1,2diacilglicerol. De seguida o diacilglicerol convertido em triacilglicerol por transesterificao com um terceiro acido gordo na presena da enzima aciltransferase. Os triacilgliceris seguem nessa altura 2 vias: aqueles que so ingeridos so transportados para os tecidos atravs de lipoprotenas especficas, os quilomicrons, enquanto 36

que os formados no fgado pelo processo acima enunciado so transportados para os tecidos extra-hepticos (muscular e adiposo) pelas very low density lipoproteins (VLDL).

Biosntese dos FosfolpidosA sntese dos fosfolpidos (que como j sabemos se dividem principalmente em glicerofosfolpidos e esfingolpidos) ocorre principalmente no retculo endoplasmtico liso nas clulas eucariotas - e pode-se dividir em 4 passos: 1-Sntese da molcula que vai ser a espinha dorsal do fosfolpido (glicerol ou esfingosina) 2-Ligao de cidos gordos a essa estrutura por ligao ster ou amida 3-Adio de uma cabea hidroflica atravs duma ligao fosfodister 4-Alterao ou troca do grupo hidroflico para termos a estrutura final (este ltimo passo s acontece em alguns casos) Nos glicerofosfolpidos os passos 1 e 2 so comuns via dos triacilglicerois: dois cidos gordos so esterificados no C1 e C2 do L-glicerol-3-fosfato. Normalmente, mas no necessariamente, existe um cido saturado em C1 e um cido insaturado em C2. O 3 passo a adio da cabea hidroflica o passo fulcral: quando o diacilglicerol (o principal percursor da sntese dos glicerofosfolpidos) se liga a cabea hidroflica. Os dois grupos hidroxilo ao reagirem com o cido fosfrico formam um ster. Existem duas estratgias para formar essa ligao fosfodister. O CDP (citidina difosfato) pode estar ligado ou ao diacilglicerol ou cabea hidroflica. Os organismos procariotas utilizam exclusivamente a primeira estratgia, enquanto que os organismos eucariotas podem usar ambas O primeiro passo da sntese da cardiolipina e da fosfatidiletanolamina em E. coli um exemplo da primeira estratgia para ligao entre a cabea e o CDP-diacilglicerol: O ataque nucleoflico pelos grupos hidroxilo da serina e do glicerol 3-fosfato originam respectivamente a fosfatidilserina e o fosfatidilglicerol 3 fosfato (que s depois perder esse grupo fosfato formando-se o fosfatidilglicerol) A fosfatidilserina por descarboxilao transforma-se ento na fosfatidiletanolamina. Duas molculas de fosfatidilglicerol podem-se juntar e, com a eliminao de um glicerol, originar cardiolipina. Caso o organismo em questo seja um eucariota a sntese da cardiolipina ser diferente: fosfatidilglicerol ir juntar-se ao CDP-diacilglicerol e no a outra molcula de fosfatidilglicerol. Num organismo eucariota o fosfatidilinositol sintetisado pela reaco do CDP-diacilglicerol com o inositol. O Fosfatidilinositol poder, por cinases especficas, originar compostos derivados que sero muito importantes na transduco de sinal. As leveduras podem produzir a fosfatidiletanolamina por descarboxilao da fosfatidilserina. Importante o facto da fosfatidilserina e fosfatidiletanolamina serem 37

interconvertveis por uma reaco de troca de cabeas. Por metilao poder ser obtida a partir desta ltima a fosfatidilcolina Por outro lado, nos mamferos, o processo inverso: a fosfatidilserina provem da reaco de interconverso com a fosfatidiletanolamina, sendo que a sntese desta um dos exemplos da segunda estratgia anteriormente referida. Nos mamferos existe um processo de reutilizao da colina, sendo esta convertida em CDP-colina e produzindo-se depois a fosfatidilcolina. Por um processo anlogo a etanolamina recuperada tranformando-se em CDP-etanolamina e posteriormente em fosfatidiletanolamina. As clulas dos mamferos tm processos semelhantes aos das bactrias excepto para sintetizar a fosfatidiletanolamina e a fosfatidilcolina. Nestes organismos, esta converso apenas ocorre no fgado A sntese dos plasmognios envolve o PAF(platelet-activating factor) que um plasmognio especfico que funciona como mediador biolgico poderoso. Esta sntese iniciase na dihidroxiacetona-fosfato, envolve a formao de uma ligao ter, seguida da ligao de uma cabea hidroflica e por ltimo a formao de uma ligao dupla por uma desaturase. Quanto sntese dos esfingolpidos esta ocorre em 4 fases: 1- Sntese da amina de 18 carbonos esfinganina a partir da serina e do palmitil-coA 2- Ligao do cido gordo por uma ligao de amida 3- Formao da ceramida a N-acil-esfingosina 4- Ligao da cabea hidroflica: um composto glicosdico ou uma fosfatidilcolina, obtendo-se respectivamente um cerebrsido ou uma esfingomielina. Os fosfolpidos aps serem sintetizados no R.E.Liso vo ser transportados para as membranas celulares especficas por vesculas de transporte e protenas especficas, no sendo transportados por difuso simples, porque no so hidrosolveis.

Biossntese do Colesterol e Esterides em geralO colesterol desempenha um papel crucial como componente das membranas celulares e como percursor de hormonas esterides e cidos (sais) biliares. uma molcula essencial em muitos animais, incluindo os humanos, mas no requerida na dieta dos mamferos, pois todas as clulas (mas principalmente as hepticas) podem sintetiz-lo a partir de um simples percursor: o acetato. Este facto foi demonstrado por Konrad Bloch, em 1940, que ao marcar com istopos os carbonos do acetato (CH3-COO-) e fornec-lo como alimento a ratos, verificou que o colesterol (27 Carbonos) produzido possua esses carbonos marcados. 38

Outra pista importante foi a descoberta do esqualeno (30 Carbonos) e das unidades isoprenides (cada uma com 5 carbonos). Separemos ento a sntese do colesterol em 4 passos que passo a explicar: 1 Partindo de 3 molculas de acetil-CoA, formamos o mevalonato (C6): Duas molculas de acetil-CoA, por aco de uma tiolase, formam acetoacetil-CoA, que junto com mais um acetil-CoA, por aco da enzima HMG-CoA-sintase forma o intermedirio HMG-CoA (HMG-CoA = Hidroximetilglutaril-CoA). Finalmente, por aco da HMG-CoA redutase, com 2NADPH + 2H+ , obtemos o mevalonato. 2 O segundo passo consiste em converter o mevalonato nos isoprenos activos: A partir os do mevalonato, por aco da mevalonato 5-fosfotransferase, e e 3-fosfo-5fosfomevalonato cinase, 3 grupos fosfato so transferidos de ATP para a molcula formando intermedirios: 5-fosfomevalonato, 5-pirofosfomevalonato pirofosfomevalonato, que por sua vez sofre uma descarboxilao, e perdendo um fosfato, surge o isopentenil-pirofosfato, que por uma isomerase, transforma-se tambm em dimetilalilpirofosfato (que so ambos os isoprenos activos). 3 Condensao das seis unidades isoprenides para formar o esqualeno: Os dois ismeros mencionados anteriormente condensam-se cabea com cauda, e por libertao de um pirofosfato formam geranil-pirofosfato (C10). Este por sua vez, condensa, tambm cabea com cauda com um isopentenil-pirofosfato, libertando novo pirofosfato e formando farnesil-pirofosfato (C15). Duas molculas de farnesil-pirosfato condensam, desta vez cabea com cabea formando assim, com libertao de ambos os grupos pirofosfato, o esqualeno (C30 e linear). 4 O ltimo passo consiste na ciclizao do esqualeno para formar o colesterol: Na presena de oxignio molecular (O2), vemos que a enzima esqualenomonoxigenase usa um desses tomos para formar o esqualeno-2,3-epxido, enquanto o O restante reduzido pelo NADPH em H2O. Isto acontece num sistema complexo que envolve por exemplo o citocromo P-450. Por aco de ciclases, forma-se o intermedirio lanosterol, que aps uma srie de reaces (principalmente migraes e remoes de grupos metilo) se converte finalmente em colesterol. No caso das plantas, partindo do esqualeno-2,3-epxido, teramos o estigmasterol e nos fungos, o ergosterol. De notar que partindo do esqualeno (C30) se obtm o colesterol (C27), em que os carbonos perdidos se devem formao dos anis do ncleo esterlico. Para alm do colesterol e seus derivados (hormonas esterides, sais biliares e vitamina D), a partir de intermedirios como o isopentenil-pirofosfato conseguimos formar outros compostos (vitaminas lipossolveis: A,E,K; borracha natural, carotenides, componentes da

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clorofila, transportadores da cadeia electrnica como a ubiquinona e a plastoquinona, entre outros). Estudando as hormonas esterides, conclui-se que a sua formao a partir do colesterol deve-se por oxidao e clivagem das suas cadeias laterais, dependendo de um sistema complexo, com citocromo P-450, adrenodoxinas, presena de NADPH e O2. So efectivas em concentraes mnimas, e comparativamente aos sais biliares, consomem pouco colesterol. Forma-se primeiramente a pregnenolona, a partir da qual se formam as restantes hormonas: no crtex das glndulas supra-renais mineralocorticides (controlo da reabsoro de ies inorgnicos como Na+, Cl- e HCO3- pelos rins) e glicocorticides (regulao da gliconeognese e reduo da resposta inflamatria). E nas gnadas, a formao das hormonas sexuais (progesterona (regulao do ciclo reprodutor feminino), andrognios e estrognios (regulao dos caracteres sexuais secundrios masculino (testosterona) e feminino (estradiol), respectivamente)). O ltimo tpico ento a formao dos sais biliares, pois o organismo s consegue excretar o colesterol na sua forma original ou como cidos biliares. Estes podem ser: primrios, se forem produzidos no fgado (como o cido clico e quenodesoxiclico); ou secundrios, se formados no intestino (caso do cido desoxiclico e litoclico). Por comparao das estruturas de sais biliares e colesterol, concluiu-se que para formar os primeiros a partir do segundo ocorrem principalmente o desaparecimento da ligao dupla, bem como hidroxilaes sucessivas por monoxigenases (dependentes tambm do citocromo P-450, NADPH e O2).

Regulao da biossntese dos triacilglicridosDepois de clarificados os processos de biossntese de triacilglicerois, fosfolpidos, e do colesterol e seus derivados, importa perceber as vias, pelas quais estes processos vo ser regulados, de forma proveitosa para o organismo. Sendo os cidos gordos produtos iniciais de vrias vias metablicas, importante perceber o que provoca o desencadeamento de algumas destas em detrimento das restantes; assim, para uma determinada concentrao de cidos gordos, a formao preferencial de reservas energticas, na forma de triacilglicerois, ou a de lpidos de membranas vai depender do estado de maturao do organismo em questo. Como exemplo, temos o caso de uma clula em crescimento, que passa por processos de diviso celular, e na qual a concentrao de cidos gordos vai ser preferencialmente usada para a formao de fosfolpidos, utilizados como constituintes das membranas celulares em formao. Esta regulao processa-se 40

tambm a nvel hormonal, assumindo a insulina, neste campo, um papel fundamental. Por observao da figura seguinte, podemos verificar que esta interveno se processa a 2 nveis.

Figura 1 Regulaao da biossntese dos triacilglicerois pela insulina Assim, a insulina estimula a biossntese de triacilglicerois, quer pela estimulao da gliclise, quer pela transformao do acetil-coA a cidos gordos; daqui, fcil perceber, que em doenas que envolvam a desregulao funcional da insulina, como a Diabetes Mellitus, o acetil-coA proveniente da gliclise vai ser preferencialmente usado em vias alternativas formao de triacilglicerois, como a formao de corpos cetnicos. Depois da formao de cidos gordos, entramos noutro nvel de regulao: o ciclo sistmico de regulao dos triacilglicerois, ilustrado na figura seguinte:

Figura 2 Ciclo sistmico de regulao dos triacilglicerois Sabe-se que 75% dos cidos gordos libertados pela liplise so re-esterificados a triacilglicerois, no seguimento deste ciclo, em vez de serem utilizados como combustvel. Este facto mantm-se praticamente inalterado mesmo em condies de jejum. O funcionamento deste ciclo, perante condies de necessidade energtica, consiste na 41

libertao de cidos gordos do tecido adiposo para a corrente sangunea, onde 25% dos mesmos, sero utilizados em processos oxidativos para a produo de energia. A nvel hormonal, esta libertao de cidos gordos estimulada pela glicagina e pela epinefrina. A utilidade deste ciclo questionvel, existindo no entanto uma vantagem evidente que reside no facto, deste constituir uma reserva de energia que permite uma resposta muito rpida. O facto da razo de re-esterificao de cidos gordos se manter aproximadamente constante, mesmo em jejum, leva necessidade de existncia de uma via que permita manter a concentrao de glicerol- 3P constante. Esta via a gliceroneognese, que permite a transformao do piruvato a dihidroxiacetona (DHAP), que ser posteriormente transformada a glicerol-3P; a sua importncia reside no controlo da taxa de cidos gordos libertados para o sangue. A gliceroneognese controlada enzimaticamente pela expresso da PEPCK (PEP carbocinase) que estimula esta via metablica. A regulao transcripcional da PEPCK feita por enzimas glicocorticides (cortisol e dexametasona). Como pode ser observado na figura ??, est