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Metabolismo e Endocrinologia

Teórica: 3

Temas: 3.1. Lípidos – nutrição e digestão

3.2. Catabolismo e síntese de ácidos gordos e triacilgliceróis

3.3. Metabolismo do colesterol e das lipoproteínas

Data: 02.03.2011

3.1. Lípidos – Nutrição e Digestão

Lípidos

Compostos de carbono e hidrogénio (cadeias alifáticas, formadas por –CH2–), geralmente com

mais de 8 carbonos, caracterizados por uma baixa solubilidade em água e elevada solubilidade

em solventes não-polares.

Desempenham funções variadas destacando-se os papéis de reserva energética, precursores

hormonais, constituintes das membranas biológicas, cofactores, etc.

Fornecem energia de utilização imediata (ácidos gordos - AG) ou reserva ilimitada (triacilgliceróis

- TAG) (Note-se: triacilglicerol = triglicérido)

Aumentam a palatabilidade do alimento e produzem uma sensação de saciedade.

Actuam como veículo alimentar para as vitaminas lipossolúveis.

Fornecem os ácidos gordos polinsaturados essenciais: ácido linoleico, linolénico e araquidónico;

são precursores de leucotrienos, lipoxinas, prostaglandinas e tromboxanos (actuam como

hormonas locais).

Elevado valor de energia 9 Kcal/g

Reduzido valor nutritivo – ác. Linoleico 3g/dia (RDA)

Devem constituir 30% do valor calórico da dieta

Carência: marasmo; diminuição da absorção de vitaminas lipossolúveis, etc.

Excesso: obesidade; diabetes mellitus; dislipidémias; DCV; neoplasias (mama, útero, próstata,

cólon), etc.

Absorção e digestão de lípidos

Enzimas lipídicas digestivas:

3.2. Catabolismo e síntese de ácidos gordos e triacilgliceróis

Os ácidos gordos são ácidos carboxílicos (têm um grupo COOH) com cadeias de hidrocarbonetos

formadas por um número variado de carbonos (entre 4 e 36). Raramente ocorrem livres na natureza e

podem ser considerados como a unidade fundamental da classe dos lípidos.

Enzima Substrato Produto Localização

Lipase (+colipase) Triacilgliceróis (TAG) AG + MAG + glicerol Saliva, S. Gástrico, S. Pancreático

Fosfolipase Fosfolípidos Lisofosfolípidos + AG + Ác. Fosfórico + aminoálcool

S. Pancreático

Colesterol Hidrolase Ésteres de Colesterol AG + colesterol S. Pancreático

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A partir de ácidos gordos podem formar-se diferentes tipos de lípidos, sendo os

triacilgliceróis dos mais simples. Estes constituem uma grande fonte de reserva

energética (encontram-se armazenados nas células adiposas) e são formados a

partir de uma molécula de glicerol associada a três ácidos gordos.

A hidrólise de um triglicérido/diglicérido é uma forma de obter energia

metabólica. A reacção de degradação leva à formação de um

diglicérido/monoglicérido e à libertação de um ácido gordo, energia e uma

molécula de água. Posteriormente o ácido gordo pode ser degradado, fornecendo

grandes quantidades de energia.

Os ácidos gordos podem vir da dieta e entrarem num processo catabólico ou

serem armazenados. Em determinadas condições, alguns ácidos gordos podem até

ser sintetizados no organismo.

Lípidos estruturais e triacilgliceróis contêm principalmente ácidos gordos de pelo

menos 16 carbonos.

3.2.1. Metabolismo de triacilgliceróis e fosfolípidos

A maioria dos ácidos gordos ingeridos ou sintetizados pelo organismo são usados para armazenamento

de energia sob a forma de triacilgliceróis ou são incorporados nas membranas fosfolipídicas das células.

A predominância de cada uma das vias depende das necessidades do organismo: em períodos de rápido

crescimento é favorecida a síntese de fosfolípidos que integram as membranas celulares; quando o

crescimento é mais lento e a ingestão de alimentos supera as necessidades energéticas formam-se

triacilgliceróis que são armazenados nas células adiposas.

Triacilgliceróis são uma das principais formas de armazenamento de energia e apresentam algumas

vantagens e desvantagens em relação às reservas de glicogénio: permitem armazenar uma maior

quantidade de energia recorrendo a uma menor massa, mas o processo de obtenção de energia a partir

do glicogénio é mais rápido.

Os precursores dos triacilgliceróis são o acil-CoA gordo e o glicerol-3-fosfato. O acil-CoA gordo, com

entre 14 a 18 carbonos (as enzimas desta via são específicas para ácidos gordos desta dimensão, de

modo a garantir a qualidade dos triglicéridos sintetizados), é formado do mesmo modo que na β-

oxidação. Já o glicerol-3-fosfato tem origem na reacção entre uma molécula de glicerol e outra de di-

hidroxiacetona-fosfato, um intermediário da glicólise.

Inicialmente dois acil-CoA gordos reagem um glicerol-3-fosfato e dão origem a ácido fosfatídico, que

pode seguir dois caminhos:

É desfosforilado a diacilglicerol e sofre uma nova acetilação por um terceiro acil-CoA gordo. Dá

origem a triacilglicerol;

Sofre uma série de reacções (que não vão ser especificadas) em que lhe é adicionada uma

“cabeça” e dá origem a um tipo de fosfolípido, glicerofosfolípido.

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A hidrólise de triacilgliceróis, ou lipólise, utilizada para produzir ácidos gordos livres e glicerol que

podem ser oxidados de forma a gerar ATP, ocorre no fígado ou tecido adiposo e é catalisada por lipases.

O mecanismo de catabolismo e anabolismo de TAG forma o chamado ciclo dos triacilgliceróis.

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3.2.2. Catabolismo (oxidação) de ácidos gordos

Para poderem entrar no ciclo de oxidação os ácidos gordos livres têm que ser activados, isto é, têm que

ser convertidos em acil-CoA gordo e transportados para as mitocôndrias, onde se vai dar todo o

processo de extracção de energia. A activação dos ácidos gordos dá-se na membrana mitocondrial

externa pela enzima acil-CoA gordo sintetase, com gasto passagem de 1 ATP a AMP, e o seu transporte

está dependente da bomba de carnitina, onde o grupo acil-CoA é substituído por acil-carnitina para

poder entrar na mitocôndria. Uma vez dentro do organelo a acil-carnitina volta a ser convertida em acil-

CoA e o ácido gordo pode agora ser metabolizado.

A oxidação de ácidos gordos (activados) ocorre no interior das mitocôndrias, é um processo aeróbio e

envolve três etapas:

1ª etapa – β-oxidação: uma cadeia de ácidos gordos é oxidada dando origem a resíduos de

acetil-CoA (Ciclo de Lynen);

2ª etapa: acetil-CoA entram no ciclo de Krebs e são oxidadas a CO2;

3º etapa: os electrões provenientes das oxidações anteriores entram na cadeia respiratória e

permitem a síntese de ATP.

A β-oxidação é um ciclo em espiral e engloba 4 reacções:

1. Oxidação: remoção de H dos carbonos α e β (primeiros dois carbonos ligados a hidrogénios),

formação de uma ligação dupla C=C em trans e redução de FAD a FADH2;

2. Hidratação: adição de H2O à ligação dupla acabada de formar, processo catalisado pela enzima

enoil-CoA hidratase. Ao carbono α é adicionado um H e ao carbono β é adicionado um grupo

OH, formando um grupo hidroxilo (COH).

a. A enzima enoil-CoA hidratase só actua em ligações duplas do tipo trans.

Consequentemente, ácidos gordos insaturados, que contém ligações duplas do tipo cis,

requerem a acção um outra enzima - uma isomerase, que converte as ligações cis em

trans;

3. Segunda oxidação: oxidação do grupo hidroxilo, formação de um grupo cetona no carbono β e

redução de NAD+ a NADH;

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4. Clivagem: a ligação entre Cα e Cβ é clivada dando origem a uma molécula de acetil-CoA e a um

acil-CoA gordo com menos dois carbonos que entra de novo no ciclo de β-oxidação.

Este processo decorre até que o ácido gordo original tenha sido completamente oxidado a

móleculas de acetil-CoA.

A oxidação completa de ácidos gordos com um número ímpar de carbonos dá origem a uma molécula

com apenas 3 átomos de carbono na cadeia principal, proprionil-CoA. Para formar acetil-CoA este

composto têm ainda que sofrer três reacções:

1. Carboxilação: o enzima propionil-CoA carboxilase adiciona um grupo carboxílico ao carbono-2

do proprionil-CoA e forma-se D-metilmalonil-CoA. Consome-se CO2 ou HCO3- e gasta-se 1 ATP;

2. Isomerização: D-metilmalonil-CoA é isomerado a L-metilmalonil-CoA por acção de metilmalonil-

CoA epimerase;

3. Rearranjo: L-metilmalonil-CoA é rearranjado de modo a formar sucinil-CoA, que já pode integrar

o ciclo de Krebs. O enzima interveniente é a metilmalonil-CoA mutase e requer o co-factor

coenzima B12, derivado da vitamina B12.

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A oxidação de ácidos gordos é o processo mais rentável para a obtenção de energia metabólica. O

número de carbonos de um ácido gordo determina o número de oxidações necessárias e o número de

acetil-CoA formadas, determinando consequentemente a quantidade de ATP que pode ser sintetizada:

Balanço energético genérico

Activação do ácido gordo -1 ATP Β-oxidação 1 NADH (2,5 ATP) + 1 FADH2 (1,5

ATP) por ciclo – 4 ATP Ciclo de Krebs (Acetil-CoA) 10 ATP por cada acetil-CoA

Deste modo, por cada ácido gordo com n carbonos (n par) temos:

Balanço energético final – n carbonos

Activação do ácido gordo -2 Β-oxidação n/2-1 ciclos 4 x (n/2-1) Ciclo de Krebs (Acetil-CoA) n/2 moléculas 10 x (n/2)

O balanço energético total será, por exemplo:

Carbonos Acetil-CoA Β-oxidação ATP total

12 6 5 79 14 7 6 93 16 8 7 107 18 9 8 121

No caso especial da oxidação do etanol, este é transformado em acetaldeído ainda no citoplasma por

acção do enzima álcool desidrogenase e, já na mitocôndria, forma acetil-CoA pela acção de acetaldeído

desidrogenase. Em cada uma destas reacções é reduzido um NAD+ a NADH + H+. Em casos de consumo

excessivo de álcool o equilíbrio NAD+/NADH é afectado e diversos processos metabólicos, como o ciclo

de Krebs e a β-oxidação, podem ser impedidos provocando, respectivamente, cetoacidose e esteatose

(fígado gordo), o que contribui para o desenvolvimento de cirrose.

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3.2.3. Síntese de ácidos gordos

A biossíntese de ácidos gordos ocorre apenas em determinadas circunstâncias e não segue, em geral, a

via inversa à β-oxidação. As vias de anabolismo e catabolismo dos AG não fazem uso das mesmas

enzimas e nem sequer ocorrem no mesmo local da célula (síntese dá-se no citosol (zona do citoplasma

que não contém organelos) enquanto a degradação se dá na mitocôndria), o que facilita o processo de

regulação.

A síntese de ácidos gordos inicia-se no acetil-CoA proveniente da oxidação do piruvato ou do

catabolismo de aminoácidos, sendo a contribuição da β-oxidação pouco significativa para este

propósito. Como a membrana mitocondrial não é permeável à acetil-CoA, o seu transporte para o

citosol é realizado através do citrato (ácido cítrico): no interior da mitocôndria acetil-CoA e oxaloacetato

reagem sob a acção do enzima citrato-sintetase, de modo a formar citrato. Este, por sua vez, é

transportado para o citosol onde, por acção de citrato-lipase e com gasto de um ATP, origina de novo

acetil-CoA e ácido oxaloacético. A acetil-CoA vai ser utilizada na síntese lipídica mas o oxaloacetato deve

ser devolvido ao meio interno da mitocôndria.

Para reentrar na mitocôndria o oxaloacetato é reduzido a malato, com gasto de NADPH + H+, passa pelo

transportador de malato e é de novo oxidado a oxaloacetato, desta vez com formação de NADPH + H+.

Alternativamente, o malato é convertido em piruvato pela enzima málica e origina o poder redutor de

NADPH que vai ser utilizado na biossíntese dos ácidos gordos. O piruvato entra então para a mitocôndria

onde é carboxilado a oxaloacetato pela piruvato carboxilase e com gasto de um ATP.

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Já no citosol, o enzima acetil-CoA carboxilase catalisa a transformação de acetil-CoA em malonil-CoA,

uma molécula que vai ser utilizada na síntese dos ácidos gordos.

O alongamento das cadeias carbonadas dá-se pela repetição de uma sequência com 4 reacções, onde

em cada ciclo são adicionados dois carbonos, até se perfazer um total de 16C.

1. Condensação: os grupos acilo do aceti-CoA e do malonil-CoA são transferidos, respectivamente,

por uma acetil-transferase e uma malonil-transferase para uma Proteína Transportadora de

Acilo – ACP. O acetil-ACP e o malonil-ACP reagem então para formar acetoacetil-ACP numa

reacção de condensação catalisada pelo enzima acetil-malonial-ACP;

2. Redução do grupo carbonilo: o grupo carbonilo do C-3 do acetoacetil-ACP é reduzido por acção

de NADPH + H+;

3. Desidratação: é eliminada água a partir do OH do C-2 e de um H do C-3 de modo a formar uma

ligação dupla entre esses carbonos;

4. Redução da ligação dupla: a ligação dupla C=C é reduzida a uma ligação simples, com

intervenção de NADPH + H+;

O ciclo repete-se de modo a permitir o alongamento da cadeia carbonada.

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O processo de síntese descrito apenas permite a formação de ácidos gordos com até 16 carbonos na sua

cadeia principal. O prolongamento dessas cadeias é feito por um outro processo, que não vai ser

descrito.

3.3. Metabolismo do colesterol e lipoproteínas

O colesterol é um tipo de lípido formado por um conjunto rígido de anéis associado a uma pequena

cadeia carbonada. É maioritariamente hidrofóbico mas apresenta um grupo hidróxido OH polar, pelo

que é uma molécula anfipática. É produzido apenas por animais (no fígado), intercala-se nas membranas

plasmáticas regulando a sua fluidez, e é um precursor de hormonas esteróides, como a testosterona, a

progesterona e o estrogénio, e dos sais biliares.

O colesterol é essencial ao bom funcionamento do organismo e apesar de poder ser ingerido na dieta

alimentar (colesterol exógeno) a maior parte da sua quantidade é formada no fígado (colesterol

endógeno). É sintetizado a partir de acetil-CoA num processo que engloba quatro fases:

1. Condensação de 3 unidades de acetato origina um intermediário com 6 carbonos, o

mevalonato.

Inicialmente dois acetil-CoA condensam para formar acetoacetil-CoA e, de seguida, esta

molécula reage com outro acetil-CoA e dá origem a βhidroxi-β-metilglutaril-CoA (HMG-CoA

também é um intermediário na síntese de corpos cetónicos). Nestas duas reacções intervêm,

respectivamente, os enzimas tiolase e HMG-CoA sintetase. Mevalonato forma-se então pela

redução de HMG-CoA, com intervenção do enzima HMG-CoA redutase e de duas moléculas de

NADPH + H+;

2. Conversão de mevalonato a unidades activadas de isopreno;

3. Polimerização de 5 unidades de isopreno forma uma molécula com uma sequência de 30

carbonos, os esqualeno;

4. Ciclização do esqualeno forma os 4 anéis do núcleo esteróide e uma série de reacções

(oxidações, remoções e migrações de grupos metil) produzem a molécula final, o colesterol.

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Uma pequena parte do colesterol formado no fígado vai integrar as membranas fosfolipídicas dos

hepatócitos mas a sua maioria vai ser exportado numa de três formas: colesterol biliar, sais biliares e

ésteres de colesterol.

Os ésteres de colesterol formam-se no fígado pela acção de acil-CoA-colesterol acil transferase. Este

enzima catalisa a transferência de um ácido gordo a partir de acil-CoA gordo para o local do grupo

hidróxido do colesterol, tornando-o ainda mais hidrofóbico. Os ésteres de colesterol são depois

armazenados no fígado ou transportados para outras células por lipoproteínas.

Moléculas como triacilgliceróis, fosfolípidos, colesterol e ésteres de colesterol precisam de ser

transportadas dos seus locais de síntese para locais onde vão ser armazenados ou consumidos. No

entanto, como estes compostos são hidrofóbicos não podem circular livremente na corrente sanguínea.

As proteínas responsáveis por esse transporte são as lipoproteínas, complexos macromoleculares de

proteínas transportadoras específicas, as apolipoproteínas.

As lipoproteínas são constituídas por proteínas, lípidos e colesterol, apresentando o seu núcleo lípidos

hidrofóbicos rodeados por apoproteínas, colesterol e lípidos hidrofílicos. Têm uma densidade inferior à

das proteínas regulares – essa densidade é tanto menor quanto maior a quantidade de lípidos e o

diâmetro.

Existem 4 classes fundamentais de lipoproteínas que desempenham funções específicas e que se

distinguem pela sua densidade e composição:

Quilomicra: maiores e menos densas de todas as lipoproteínas, contém uma grande quantidade

de triacilgliceróis. São sintetizadas no RE de células do epitélio intestinal (intestino delgado) e

transportam as gorduras da dieta, através da corrente sanguínea, até tecidos onde estas serão

consumidas ou armazenadas. Aí activam lipases de lipoproteínas e permitem a libertação de

ácidos gordos para os tecidos.

A quillomicra remaniscente, praticamente livre triacilgliceróis mas que ainda apresenta

colesterol, é levada para o fígado, endocitada e degradada por lisossomas;

VLDL (very-low-density lipoprotein): quando são consumidas mais gorduras do que as

necessárias para satisfazer as necessidades imediatas do organismo, o fígado começa a produzir

triacilgliceróis. As proteínas VLDL, sintetizadas no fígado, transportam esses ácidos gordos de

origem endógena, juntamente com algum colesterol e ésteres de colesterol, até ao músculo e

tecido adiposo. Já nos tecidos alvo é activa uma lipoproteína lipase que permite a libertação de

ácidos gordos livre. No músculo esses ácidos gordos são oxidados para obtenção de energia,

enquanto no tecido adiposo são reconvertidos em triacilgliceróis e armazenados.

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O VLDL remanescente é removido da circulação pelos hepatócitos ou, após remoção da maioria

dos triacilgliceróis que ainda podem existir na lipoproteína, dá origem a LDL;

LDL (low-density lipoprotein): contêm maioritariamente colesterol e ésteres de colesterol. São

responsáveis pelo seu transporte do fígado para os tecidos extra-hepáticos e ainda pela

regulação da quantidade do mesmo nesses tecidos, inibindo quer a síntese do próprio colesterol

como dos receptores das LDL;

HDL (high-density lipoprotein): são as lipoproteínas mais densas e contêm maioritariamente

proteínas, apresentando uma pequena quantidade de colesterol. Formam-se no fígado e

intestino delgado e são responsáveis pelo transporte de colesterol dos tecidos periféricos até ao

fígado, onde parte do colesterol vai ser convertido em sais biliares. HDL libertas de colesterol

podem não ser absorvidas pelo fígado e, em vez disso, podem voltar a tecidos extra-hepáticos e

remover o colesterol aí presente, originando o chamado transporte reverso do colesterol.

Chama-se vulgarmente “mau colesterol” às LDL, pois contribuem para a formação de placa nas paredes

arteriais, e “bom colesterol” às HDL, pois estas transportam colesterol dos tecidos para a síntese de

hormonas esteróides e ácidos biliares.