UNIVERSIDADE DE SÃO PAULO

ESCOLA SUPERIOR DE AGRICULTURA

“LUIZ DE QUEIROZ”

DEPARTAMENTO DE CIENCIAS BIOLOGICAS

 

 

 

 

 

Beta-Oxidação de Lipídios

Ciclo do Glioxalato

 

 

Prof. Dr. Luiz Antônio Gallo

Colaboração dos alunos:

 Clovis Arruda de Souza

Graciela Decian Zanon

 

 

Beta oxidação 2

 

 

 

LIPÍDIOS

 

Segundo Harper et al. (1982) os lipídios formam um grupo heterogêneo de compostos relacionados, real ou potencialmente, com os ácidos graxos. Têm a propriedade comum de serem relativamente insolúveis na água e solúveis nos solventes não polares como o éter, o clorofórmio, o benzeno. Os lipídios, assim, compreendem as gorduras, os óleos, as ceras e compostos relacionados.

Os lipídios são constituintes importante da dieta, não só pelo elevado valor energético como também, pelas vitaminas lipossolúveis e ácidos graxos essenciais encontrados na gordura dos alimentos naturais. No organismo a gordura serve de fonte eficiente de energia, tanto direta quanto potencialmente, quando armazenada no tecido adiposo. Serve como material isolante nos tecidos subcutâneos e à volta de certos órgãos. O teor de gordura do tecido nervoso é particularmente elevado. As combinações de gordura e proteína (lipoproteína) são constituintes celulares importantes, encontrando-se nas membranas celulares e nas mitocôndrias no interior do citoplasma, e servindo também como meio de transporte dos lipídios no sangue. Muitos hormônios, vitaminas e detergentes biológicos são lipídios (Harper et al., 1982; Wannmacher e Dias, 1988).

A grande maioria dos lipídios possui em sua constituição pelo menos uma molécula de ácidos graxos que são ácidos carboxílicos, saturados (sem ligas duplas) ou insaturados (com uma ou mais ligas duplas), com número variável de átomos de carbono, geralmente acíclicos, havendo alguns ramificados e outros hidroxilados.  Os ácidos graxos são obtidos pela hidrólise das gorduras. Os ácidos graxos existentes em gorduras naturais encerram usualmente um número par de átomos de carbono (porque são sintetizados a partir de dois carbonos) e são derivados de cadeia retilínea (Harper et al., 1982; Wannmacher e Dias, 1988).

Os ácidos graxos constituem importante fonte de energia para a maioria dos tecidos. Os ácidos graxos circulam pelo sangue combinados com albumina ou sob forma de triglicerídios incorporados em lipoproteínas. Os triglicerídios, ésteres do álcool glicerol com ácidos graxos, circulantes são originários da dieta ou da biossíntese hepática e resultam da hidrólise dos triglicerídios das lipoproteinas no leito vascular dos tecidos ou da hidrólise dos triglicerídios armazenados no tecido adiposo (Harper et al., 1982; Wannmacher e Dias, 1988).

Lehninger, (1985) salienta que os triacilgliceróis (triglicerídios) desempenham um papel extremamente importante coma fornecedor de energia nos animais. Entre os nutrientes principais eles possuem o maior conteúdo energético (mais de 9 kcal/g); são depositados nas células do tecido gorduroso como gotículas quase puras de gordura e podem ser estocadas em grandes quantidades neste tecido. Nas populações dos países desenvolvidos, em média, quase quarenta por cento das necessidades energéticas diárias são fornecidas pelos triacilgliceróis da dieta. Eles fornecem mais da metade da energia consumida por alguns órgãos, especialmente o fígado, o rim e o músculo esquelético em repouso. Nos animais que hibernam e nos pássaros em migração, os estoques de triacilgliceróis são, praticamente, a única fonte de energia.

Cerca de noventa e cinco por cento da energia biologicamente obtida dos triacilgliceróis reside nos seus três ácidos graxos de cadeias longa, apenas cinco por cento desta energia é fornecida pelo glicerol. Por vias metabólicas como a b-oxidação esses ácidos graxos ricos em energia são oxidados até dióxido de carbono e água.

 

DEGRADAÇÃO OXIDATIVA DE ÁCIDOS GRAXOS:

 BETA - OXIDAÇÃO

 

1.   APRESENTAÇÃO RESUMIDA DOS PRINCIPAIS EVENTOS METABÓLICOS:

 

Conceito:

·        Via catabólica de degradação de ácidos graxos para produção de energia

·        Ocorre na matriz mitocondrial, após a ativação e a entrada dos ácidos graxos na mitocôndria

·        Pode ser dividida em 3 fases:

·        A ativação do ácido graxo

·        A BETA - oxidação propriamente dita

·        A respiração celular

Ativação Dos Ácidos Graxos

·        A ativação dos ácidos graxos consiste na entrada destes na mitocôndria, na forma de ACIL-CoA.

·        O processo depende:

  1. Da ligação do ácido graxo com a Coenzima A, formando o Acil-CoA no citosol. A reação é catalizada pela enzima Acil-CoA Sintetase, localizada na membrana mitocondrial externa:

CH3-(CH2)n-COOH + ATP + CoA-SH é

CH3-(CH2)n-CO-S-CoA + AMP + PPi

  1. Do transporte do radical acila através da MMI, do citosol para a matriz, mediado pelo carreador específico carnitina. A transferência do radical acila da CoA para a carnitina é catalizada pela enzima carnitina-Acil-Transferase I:

Acil-S-CoA + Carnitina é Acil-Carnitina + CoA-SH

  1. Do lado da matriz mitocondrial, a carnitina doa novamente o radical acila para a CoA, regenerando o Acil-CoA no interior da mitocôndria. A reação é catalisada pela arnitina-Acil-Transferase II, localizada na face interna da MMI, e é exatamente o inverso da descrita acima.

b - Oxidação do Ácido Graxo:

·        Consiste na quebra por oxidação do ácido graxo sempre em seu carbono b , convertendo-o na nova carbonila de um ácido graxo agora 2 carbonos mais curto.

·        O processo é repetitivo, e libera à cada quebra:

1 NADH+H+

1 FADH2

1 Acetil CoA

·        São 4 as enzimas envolvidas em cada etapa de oxidação da via.

·        Exemplo:

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + CoA-SH

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA

CH3-CH2-CH2-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA

CH3-CH2-CH2-CO-S-CoA + Acetil-CoA

Acetil-CoA + Acetil-CoA

 

Respiração Celular:

·        A síntese de ATP acoplada à b - oxidação vem:

·          Do transporte de elétrons do NADH e do FADH2 formados no processo pela cadeia respiratória;

·          Da oxidação dos radicais acetil dos Acetil-CoAs no ciclo de Krebs.

·          Exemplo: A oxidação do acido palmitico com 16 carbonos rende para a célula, em ATPs:

·          8 Acetil-CoA = 96 ATPs          (12 : 1)

·          7 NADH + H+ = 21 ATPs          (3 : 1)

·          7 FADH2 = 14 ATPs                 (2 : 1)

·          Total = 131 ATPs

Subtraindo-se 1 ATP gasto na ativação, tem-se 130 ATP s / mol de acido graxo

Regulação da Beta - Oxidação:

·          A regulação da via é feita pela enzima reguladora carnitina-acil-transferase I, que regula a velocidade de entrada do ácido graxo na mitocôndria, desta forma, a velocidade de sua degradação.

·          Esta enzima é inibida por malonil-CoA, um intermediário cuja concentração aumenta na célula quando esta tem carboidrato disponível, e que funciona como precursor na biossíntese de ácido graxo.

Oxidação de Ácidos Graxos Insaturados:

Se o ácido graxo a ser oxidado for insaturado, o processo tem dois passos enzimáticos adicionais:

·        A conversão do isômero "cis" em "trans";

·        A saturação da dupla ligação pela adição de água.

·        Uma vez o ácido graxo saturado, ele pode seguir com o processo normal de oxidação.

 

Oxidação de Ácidos Graxos com Número Ímpar de Carbonos:

·        A oxidação de um ácido graxo com número de carbonos ímpar leva á formação de um resíduo de propionol-CoA, que através de uma seqüência de reações enzimáticas e com gasto de energia (1 ATP é hidrolisado para cada propionil-CoA convertido), é convertido em succinil-CoA, que entra no ciclo de Krebs para ser oxidado.

Corpos Cetônicos:

·        A oxidação dos ácidos graxos no fígado leva à formação de grande quantidade de Acetil-CoA, que pode ser oxidado no próprio fígado, ou convertido nos CORPOS CETÔNICOS.

·        São 3 os corpos cetônicos formados a partir do Acetil-CoA:

·        Acetoacetato

·        b - Hidroxibutirato

·        Acetona

·        O objetivo da formação dos corpos cetônicos é permitir o transporte da energia obtida pela oxidação dos ácidos graxos aos tecido periféricos, para lá serem utilizados na síntese de ATP.

·        A formação de corpos cetônicos é uma via de "superabundância" através da qual o fígado distribui energia a todo o organismo. Nos tecidos periféricos os corpos cetônicos regeneram o Acetil-CoA, que entra no ciclo de Krebs para produção de energia

·        Normalmente a quantidade de corpos cetônicos no sangue é baixa, mas em situações como o jejum prolongado ou o "diabetes mellitus", suas concentrações séricas podem aumentar muito, levando o indivíduo a um estado de CETOSE, caracterizada por uma ACIDOSE METABÓLICA, que pode ser fatal.

 

 

 

2) b-OXIDAÇÃO DE LIPÍDIOS

 

2.1 Os ácidos graxos variam no comprimento da suas cadeias e no grau de insaturação dos ácidos graxos.

 

           Os ácidos graxos em sistemas biológicos comumente contém um mesmo número de átomos de carbonos. Tipicamente entre 14 e 24 átomos. Os ácidos graxos que contém de 16 a 18 carbonos são mais comuns. As cadeias de hidrocarbonetos são quase invariável nos ácidos graxos não ramificados de animais. A configuração de duplas ligações em muitos ácidos graxos insaturados é tipo ‘cis’. As duplas ligações em ácidos graxos poli-insaturados são separadas por pelo menos um grupo metileno.

           As propriedades dos ácidos graxos e lipídios derivados deles são marcadamente dependentes sobre o comprimento das cadeias deles e sobre o grau de saturação. Ácidos graxos saturados tem um menos ponto de derretimento  do que os ácidos graxos saturados de cadeia com o mesmo comprimento. Por exemplo, os ponto de derretimento do ácido esteárico é 69,6 oC, e o ácido oleico é 13,4 oC, que contém uma dupla ligação ‘cis’. O ponto de fusão dos ácidos graxos poli-insaturados da séria com 18 carbonos são muito mais baixos. O comprimento das cadeias também afeta o ponto de derretimento. Isto é ilustrado pelo fato que a  temperatura de derretimento do ácido palmítico (C16) ser igual a 6,5 oC menor que o ácido esteárico (C18).

Diante disto, ácidos graxos com comprimento de cadeias curtas e aumento da insaturação e aumenta a fluidez dos ácidos graxos e dos derivados deles.

 

2.2 Triacilgliceróis são estoques de energia altamente concentrada.

 

           Triacilgliceróis são estoques de energia metabólica altamente concentradas devido elas serem quimicamente reduzidas e anidras. O rendimento de uma oxidação completa de ácidos graxos é de 9 kcal/g, em contraste com quase 4 kcal/g dos carboidratos e proteínas. As bases desta grande diferença no rendimento calórico é que os ácidos graxos são muito mais altamente  reduzidos. Entretanto, os triacilgliceróis são muito apolares e assim eles são armazenados em uma forma quase anidra, já as proteínas e carboidratos são muito mais polares e portanto mais altamente hidratados.

           De fato uma grama de glicogênio seco liga-se a quase duas gramas de água. Consequentemente uma grama de gordura quase anidra armazena mais que seis vezes a energia do que uma grama de glicogênio hidratado, esta é a razão para que os trigliceróis foram evolutivamente selecionados como maior reserva de energia que o glicogênio.

           Considerando o peso de um homem típico, com 70 kg, que tem uma reserva de combustível de 100.000 kcal em triacilgliceróis, 25.000 kcal em proteínas (mais em músculos), 600 kcal em glicogênio e 40 kcal em glicose. Os triacilgliceróis constituem quase 11 kg deste total do peso do corpo. Esta quantidade de energia se fosse armazenada em glicogênio, seu peso total do corpo seria 55 kg maior.

           Em mamíferos o maior sítio de acúmulo de triacilgliceróis é o citoplasma das células adiposas - ‘células gordas’. Gotículas de triacilglicerol unem-se para formar um grande glóbulo, o qual pode ser maio do que o volume da célula. A célula adiposa é especializada para a síntese e armazenamento de triacilgliceróis e para a mobilização interna de moléculas de combustível que são transportadas para outros tecidos pelo sangue.

 

2.3 Triacilgliceróis são mobilizados por AMP cíclico regulados pelas lipases.

          

           O evento inicial no uso das gorduras como fonte de energia é a hidrólise dos triacilgliceróis pelas lipases (Figura 1).

A atividade das lipases em células adiposas é regulada por hormônios. Epinefrinas, noraepinefrinas, glucagônio e hormônio adrenocorticotrópico estimulam a ciclase adenilato das células adiposas. O aumento do nível de AMP cíclico (monofosfato cíclio de adenosina então estimula a proteina quinase que por sua vez ativa a lipase pela fosforilação do AMP.

 

Figura 1: Esquema da degradação do tiacilglicerol para ácidos graxos.

 

Então a epinefrinas, noraepinefrinas, glucagônio e hormônio adrenocorticotrópico causam a lipólise. O AMP cíclico é o mensageiro secundário na ativação da lipólise em células adiposas. Que é um processo análogo a este papel na ativação de quebra do glicogênio. E ao contrário a insulina inibe a lipólise.

 

           O glicerol formado pela lipólise é fosforilado e oxidado para dihidroxiacetona fostado, o qual sofre izomerização para gliceroladido 3-fosfato. Estes intermediários, ambos vão para as vias glicolítica e gliconeogênica. Daí glicerol pode ser convertido em piruvato ou glicose no fígado, que contém enzimas apropriadas. O processo reverso pode ocorrer pela redução do dihidroxiacetona fosfato para glicerol 3-fosfato. A hidrólise por uma fosfatase dá origem ao glicerol. Então, glicerol e intermediários glicolíticos são prontamente interconversíveis.

 

2.4 b-Oxidação de Lipídios: Os ácidos graxos são degradados pela remoção seqüencial de duas unidades de carbono

           Em 1904, Franz Knoop contribuiu de forma importante e decisiva para elucidar o mecanismo da oxidação de ácidos graxos. Ele alimentou cachorros com ácidos graxos de cadeia reta, na qual o átomo de carbono w estava unido ao grupo fenil. Knoop encontrou que a urina deste cachorros continham um derivado do ácido fenilacético quando eles se alimentavam de fenilbutirato. Em contraste um derivado do ácido benzóico foi formado quando eles forma alimentados com fenilpropionato. De fato ácido fenilacético foi produzido sem ácido graxo contendo um mesmo número de átomos de carbono que forma os cachorros alimentados. No entanto o ácido benzóico foi formado contendo ácidos graxos de número ímpar/estranho ao que forma alimentados. Knoop deduziu destes achado é que os ácidos graxos são degradados pela oxidação carbono beta - b.

           Estes experimentos foram marcados mundo à fora na bioquímica, devido eles serem o primeiro a usar rótulo sintético para elucidar mecanismos de reação. O deutério e radioisótopos foram usados em bioquímica apenas uma série de anos  mais tarde.

 

2.5 Ácidos graxos são ligados a Coenzima A (CoA) antes de serem oxidados

 

           Eugene Kennedy & Lehninger (1949), mostraram que os ácidos graxos são oxidados na mitocôndria. O trabalho subsequente demonstrou que eles são ativados ante de entrarem na matriz mitocondrial. O ATP (trifosfato de adenosina) dirige a formação da ligação tioéster do grupo carboxila do ácido graxo com o grupo sulfidrila da CoA. Esta reação de ativação ocorre sobre o lado de fora da membrana mitocondrial, onde ela é catalisada pela enzima sintetase acil CoA (também chamada de tioquinase de ácidos graxos.)

 

 

Figura 2: Ativação do ácido graxo ligando-o a CoA.

          

           Paul Berg mostrou que a ativação de ácido graxo ocorre em dois passo: primeiro, o ácido graxo reage com ATP para formar um adenilato acil. Nesta mistura anidirda, o grupo carboxila do ácido graxo é ligado ao grupo fosfato do AMP. Os outros dois grupos fosforilas do substrato ATP são liberados como pirofosfato. O grupo sulfidrila da CoA então anexa o adenilato acil, o qual é fracamente ligado às enzimas, para formar acil CoA e AMP.

 

Figura 3: Entrada e saída da acil carnitina na matriz mitocondiral, mediada pela enzima translocase.

Esta reação parcial é livremente reversível. De fato a constante de equilíbrio da soma desta reação é exatamente um (1).

 

R - COO- + CoA + ATP   acil CoA + AMP + PPi

 

          

Uma ligação altamente energética é quebrada (entre pirofosfato inorgânico e AMP) e uma reação altamente energética é formada (o tioéster em acil CoA). Como esta reação é dirigida?. A resposta é que o pirofosfato inorgânico é rapidamente hidrolisado por uma pirofosfatase.

 

R - COO- + CoA + ATP + água      acil CoA + AMP + 2Pi + 2H+

 

           Isto torna a reação altamente irreversível devido ao consumo de duas ligações altamente energéticas. Já que apenas uma é formada. Outro exemplo de outro tema recorrente em bioquímica é:

           Muitas reações biossintéticas são feitas irreversíveis pela hidrólise de pirofosfato inorgânico.

           Outro motivo surge nesta reação de ativação. O intermediário adenilato acil ligado à enzima não é o único para a síntese de acil CoA. O adenilato acil é frequentemente formado quando grupos carboxilas são ativados em reações bioquímicas. Por exemplo, aminoácidos são ativados para a síntese de porteínas por um mecanismo semelhante.

 

2.6 Carnitina promove a ativação de ácidos graxos de cadeia longa dentro da matriz mitocondrial

 

           Os ácidos graxos são ativados sobre a superfície externa da membrana mitocondrial, onde os aminoácidos são oxidados na matriz mitocondrial. Moléculas acil CoA de cadeia longa não atravessam para o interior da membrana mitocondrial e assim é necessário um mecanismo especial de transporte. Ácidos graxos de cadeia longa são carregados para o interior da membrana mitocondrial pela carnitina, que é um tampão (cargas positivas e negativas) formado a partir da lisina.

           Os grupos acil são transferidos do átomo de enxofre do CoA para os grupos hidroxilas da carnitina vinda da acil carnitina. Esta reação é catalisada pela enzima carnitina aciltransferase 1, que esta localizada na face do lado do citossol e dentro da membrana mitocondrial.

           A carnitina acil é então lançada através  do interior da membrana mitocondrial por uma translocase (Fig p474 meio Stryer). O grupo acil é transferido de volta para a CoA, sobre o lado da matriz da membrana. Esta reação que é catalisada por carnitina aciltransferase 2, e é termodinamicamente viável por causa da ligação O-acil na carnitina tendo um alto potencial na transferência de grupos.

           Finalmente a carnitina é retornada para o lado citossólico pela translocase na troca por uma acilcarnitina incomum.

           Um defeito na transferase ou translocase, ou uma deficiência de carnitina pode prejudicar a oxidação de ácidos graxos de cadeia longa. Tal desordem tem de fato sido encontrada gêmeos idênticos que tem tido cãibras dores musculares desde a infância. As dores foram precipitadas por rápido, exercícios ou alta teor de gordura na dieta. A oxidação de ácidos graxo é o processo de maior rendimento energético nestes três estados. As enzimas da glicólise e da glicogenólise foram encontradas ser normal. A lipólise dos triacilgliceróis foi normal, evidenciado pelo aumento na concentração dos ácidos graxos não esterificados encontrado no plasma após a corrida. O ensaio de biópsia do músculo mostrou que a sintetase acil CoA de cadeia longa estava sempre ativa.

           Entretanto, cadeia de ácidos graxos com comprimento médio (C8 e C10) foram normalmente metabolizada. Isto mostra que a carnitina não é requerida para a permeação dos grupos acil CoA de cadeia média no interior da matriz mitocondiral. Este caso demonstra que o fluxo prejudicado de um metabólito de um compartimento da célula para outro pode causar esta doença.

 

2.7 Acetil CoA, NADH e FADH2 são gerados em cada volta do ciclo de oxidação dos ácidos graxos.

 

           Um acil CoA saturado é degradado por uma sequência recorrente de quatro reações:

 

1   Oxidação por FAD (flavina adenina dinucleotídio)

2      Hidratação

3      Oxidação por NAD+

 

Figura 5: Reação de degradação de ácidos graxos (oxidação, hidratação oxidação e finalmente tiólise, resultando numa molécula com dois carbonos a menos.

 

           A cadeia acil da gordura é encurtada por dois átomos de carbono como um resultado destas reações, e FADH2, NADH e acil CoA são gerados. David Green, Severo Ochoa e Feodor Lyenen contribuíram de forma importante para a elucidação destas  série de reações, a qual chamaram de via da b- oxidação.

           A primeira reação em cada volta da degradação é a oxidação do acil CoA por uma acil CoA desidrogenase para dar uma enoil CoA com uma duplas ligação trans entre o C2 e C3.

 

Acil CoA + E-FAD    trans - D2 - enoil CoA + E-FADH2

 

           Como na desidrogenação do succinato no ciclo do ácido cítrico ,FAD mais que o NAD+ é o aceptor de elétrons devido o DG desta reação ser insuficiente para dirigir a redução do NAD+. Os elétrons vindos do grupo prostécido do FADH2 da desidrogenase acil CoA reduzida são transferidos para a segunda flavoproteina chamada de flavoproteína transferidora de elétrons (ETF). Na volta a ETF doa elétrons para a ETF-ubiquinona redutase, uma proteína Fe-S. Ubiquinona é então reduzida para ubiquinol que entrega seu alto potencial de elétrons ao sítio de bombeamento de prótons da cadeia respeiratória. Consequentemente dois ATPs são gerados do FADH2 formado neste passo de desidrogenação como na oxidação do succinato para fumarato.

           O próximo passo é a hidratação da dupla ligação entre o C2 e C3 pela enoil CoA hidratase.

 

trans - D2 - enoil CoA + H2O    L-3-hidroxilacil CoA + E-FADH2

 

           A hidratação da enoil CoA é estéroespecífica, como é a hidratação do fumarato e aconitato. Somente o L-isômero do 3-hidroxiacil CoA é formado quanado a ligação trans-D2 é hidratada. A enzima também hidrata a dupla ligação cis-D2, mas o produto é então do D-isômero.

           A hidratação da enoil CoA é a prévia para reação da segunda oxidação, que converte o grupo hidroxila para C3 dentro do grupo ceto e gera NADH. Esta oxidação é catalizada por L-3-hidroxiacil CoA desidrogenase, a qual é absolutamente específica para o L-isômero do substrato hidroxiacil.

 

L-3-hidroxilacil CoA + NAD+    3-cetoacil CoA + NADH + H+

 

           Estas três reações em cada volta do ciclo de degradação de ácidos graxos assemelha-se em pelo menos um passo ao ciclo do ácido cítrico.

 

Acil Côa    enol CoA                hidroxiacil CoA      cetoacil CoA  succinato     fumarato        malato    oxaloacetato

          

           A reação precedente tinha oxidado o grupo metileno no C3 para um grupo ceto. O passo final é a clivagem/quebra do 3-cetoacil CoA por um grupo tiol de uma segunda molécula de CoA, a qual rende acetil CoA e acil CoA encurtadas por 2 átomos de carbono. Esta clivagem tiolítica é catalizada por b-cetotiolase.

 

3-cetoacil CoA   +   HS-CoA     aceil CoA   +   acil CoA (n -2 carbonos)

 

           O acil CoA encurtado, então sofre outro ciclo de oxidação, começando com a reação catalisada por acil CoA desidrogenase (Figura 6). b-cetotiolase, hidroxiacil desidrogenase e enoil CoA hidratase tem ampla especificidade com respeito ao comprimento do grupo acil.

 

Figura 6: As três primeiras reações de degradação de ácido palmítico pela remoção de dois átomos de carbonos por ciclo de degradação.

 

           Principais reações na oxidação de ácidos graxos

 

1) ácido graxo + CoA + ATP              acil CoA + AMP + Ppi

acil CoA sintetase (tioquinase de ácido graxo:CoA ligase [AMP]

2) carnitina + acil CoA                         acil carnitina + CoA

carnitina aciltransferase

3) Acil CoA + E-FAD                            trans-D2-enoil CoA + E-FADH2

acil CoA desidrogenases (várias)

4) trans-D2-enoil Coa + H2O               L-3-hidroxiacil CoA

enoil CoA hidratases (3-hidroxiacil CoA hidrolase)

5) L-3-hidroxiacil CoA + NAD+           3-cetoacil CoA + NADH + H+

L-3-hidroxiacil CoA desidogenase

6) L-3-hidroxiacil CoA + CoA             acetil CoA + acil CoA (encurtada por 2C)

b-cetotiolase (tiolase)

 

           O rendimento energético derivados da oxidação de ácidos graxos pode ser calculada. Em cada ciclo de reação, um acil CoA é encurtada por dois carbonos e um FADH2 e é formado NADH e acetil CoA.

 

Cn-acil CoA + FAD + NAD+ + H2O + CoA    Cn-2-acil CoA + FADH2 + NADH + acetil CoA + H+

 

           A degradação do palmitoil CoA (C16-acil CoA) requer sete ciclos de reações. No sétimo ciclo, o C4-ceotoacil CoA é tiolozado para duas moléculas de acetil CoA. Então a estequiometira da oxidação do palmitoil CoA é:

 

Palmitoil CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O       8 acil CoA + 7 FADH2 + 7 NADH  + 7 H+

 

           Três ATPs são gerados quando cada destes NDAH é oxidado pela cadeira respiratória, enquqnto 2 ATPs são formados para cada FADH2, devido aos seus elétrons entram na cadeia ao nível do ubiquinol. Lembrando que a oxidação do acetil CoA pelo cíclo do ácido cítrico rende 2 ATPs. Considerando isto, o número de ATP formado na oxidação do Palmitoil CoA é 21 e dos 7 FADH2, 21 dos 7 NADH e 96 das 8 moléculas de acetil CoA, o que dá um total de 131 ATPs. Duas ligações fosfato de alta energia são consumidas na ativação do palmitato, na qual o ATP é dividido AMP e 2 Pi. Então o rendimento líquido da completa oxidação do palmitato e 129 ATPs. (ou 130 para alguns autores).

           A eficiência da conservação da energia na oxidação de ácidos graxos pode ser estimada, dado o número de ATP formado e da energia de oxidação do ácido palmítico à CO2 e H2O.

 

          

3) GERMINAÇÃO DE SEMENTES & b-OXIDAÇÃO DE LIPÍDIOS

 

           No inicio da germinação, as proteínas de armazenamento são degradadas para aminoácidos através da síntese de enzimas requeridas para a mobilização de lipídios.

           Estas enzimas incluem as lipases que catalisam a hidrólise de triacilgliceróis para glicerol e ácidos graxos. As lipases ligam-se às oleosinas do corpos de óleo. O glicerol formado pela hidrólise do triacilglicerol pode ser alimentado dentro da via da gliconeogênese após a fosforilação do glicerol 3-fosfato e sua subsequente oxidação para diidroxicetona fosfato. A liberação de ácidos graxos livres é primeiro ativado como tioésteres de CoA e então degradados para acetil CoA por b-oxidação. Este processo ocorre em peroxiossomos especializados , os quais são chamados de glioxiossomos. A b-oxidação é um processo biológico importante para a germinação das sementes, em especial para as oleaginosas.

           Embora em princípio b-oxidação represente uma forma invertida da síntese de ácidos graxos, existe diferenças distintas como habilidade de alto fluxo metabólico entre estas duas vias metabólicas que operam em direções opostas.

 

           As principais diferenças entre b-oxidação e a síntese de ácidos graxos são:

1       na desidrogenação do acil CoA, O hidrogênio é transferido via uma oxidase dependente de FAD para H2O2. A catalase irreversivelmente elimina a H2O2 no sítio de sua produção pela conversão em água e O2.

2      b-L-hidroxiacil CoA é formada durante a hidratação da enoil CoA, in contrast para o correspondente D-enantiomero durante  a síntese.

3      hidrogênio é transferido para o NAD durante o segundo passo da desidrogenação. Normalmente o sistema NAD na célula é altamente oxidado, dirigindo a reação em direção a oxidação do hidroxiacil CoA. Não é conhecido qual reação utiliza o NADH formado nos peroxiossomos.

4      Em uma reação irreversível de tiólises mediadas por CoASH que cliva b-cetoacil  CoA para formas uma molécula de acetil CoA e uma de acil CoA encurtada para dois átomos de carbono.

Durante a degradação de ácidos graxos insaturados, produtos intermediários são formados e que não podem ser metabolizados por reações de b-oxidação. D3-cis-enoil CoA que é formado durante a degradação do ácido oleico é convertido por uma isomerase mudando a ligação dupla para D2-trans-enoil CoA, que é um intermediário da b-oxidação. Na b-oxidação dos ácidos linolênico e linoleico a segunda ligação dupla no intermediário correspondente está na posição correta, mas na configuração cis, com a consequência que é a hidratação pela hidratase enoil CoA, resulta na formação de b-D-hidroxiacil CoA. Mais tarde é convertido por uma epimerase para L-enantiomer, o qual é um intermediário da b-oxidação.

 

 4) CICLO DO GLIOXALATO

 

 

Ao contrário ao animais, os quais são hábeis para sintetizar glicose de acetil CoA. As plantas e muitas bactérias são capazes de crescer sobre acetato ou outros componentes que lhe rendam acetil CoA. As plantas podem fazer gliconeogênesis, elas possuem as enzimas da gliconeogênesis para o ciclo do glioxilato.

Nesta via metabólica acetil com duas unidades de carbono são convertidos para uma molécula de quatro carbonos (succinato). Esta sequência de reações é chamada de ciclo do glioxilato, passagem livre para dois passos de descarboxilação no ciclo do ácido cítrico. Neste ciclo entram duas moléculas de acetil CoA por cada ciclo/volta do ciclo do glioxilato. Uma ilustração das principais reações do ciclo do glioxilato é apresentado na Figura 7.

 

Figura 7: Ciclo do glioxalato e a gliconeogenese e suas principais reações, produtos e intermediários.

 

Fig. 8 O ciclo do glioxalato e o ciclo de Krebs, destacando a saida do succinato

O ciclo do glioxilato está ligado ao ciclo do ácido cítrico da seguinte maneira:

1     acetil CoA  condensa com oxaloacetato através da enzima sintase do citrato e mais tarde é convertido para isocitrato pela aconitase.

2      Isocitrato e dividido pela isocitrato liase em succinato e glioxilato.

3      Glioxilato mais acetil CoA são condensados pela sintase de malato para malato.

4      Como no ciclo do citrato o malato é oxidado pela desidrogenase do malato para oxaloacetato complementando o ciclo

5      Uma molécula de succinato gera duas de acetil CoA.

6      succinato é transferido para mitocôndria e é convertido para oxaloacetato (por reação parcial no ciclo do citrato).

7      oxaloacetato é transferido da mitocôndria por um transportador e no citossol é convertido para fosfoenolpiruvato (carboxiquinase do fosfoenolpiruvato).

8      fosfoenolpiruvato é precursor de hexoses na gliconeogênese e outras rotas metabólicas.


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