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Metabolismo de Lipídeos
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Metabolismo de lipídeos
Os lipídeos simples são constituídos por um álcool e por um ou mais ácidos graxos já os
lipídeos complexos além destes compostos apresentam também ácido fosfórico, oses, etc.
H
H
|
|
Ácidos graxos saturados:
H
|
glicerol
H - C1 - C2 - C3 - H
|
|
OH
0H
Ácidos graxos insaturados: CnH2n -1 COOH
CnH2n -3 COOH
CnH2n -5 COOH, etc...
|
OH
Ácido palmítico:
Ácido oléico:
CnH2n +1 COOH
C15H31 COOH
C17H33 COOH
ou
ou
CH3(CH2)14 COOH
CH3(CH2)7 CH=CH(CH2)7 COOH
Representação esquemática
De ácido graxo saturado: ácido esteárico C17H35 COOH
HO
De ácido graxo insaturado: configuração trans e cis
trans
HO
cis
H
O
O
C
H
HO
C
H
O
H
C
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Ácidos graxos
A expressão “ácido graxo” designa qualquer ácido monocarboxílico alifático que possa ser
liberado por hidrólise a partir de óleos ou gorduras naturais.
Os mais importantes, e freqüentes, são monocarboxílicos de cadeia linear não ramificada,
com número par de átomos de carbono (entre 4 e 30). Podem ser saturados, insaturados
(mono ou poliinsaturado) e, por vezes, hidroxilados. Na maioria dos ácidos graxos insaturados
a dupla ligação possui isomeria cis.
Nomenclatura
A numeração dos carbonos se faz a partir da carboxila terminal (carbono 1) para o grupo
CH3 (carbono n).
3
2
1
H3C-(CH2)n-CH2 -CH2-COOH
β
α
Os carbonos 2 e 3 são freqüentemente designados,
também, por α e β.
Um modo de representar a dupla ligação consiste em indicar o número total de átomos de
carbono, seguido de “dois pontos”, a seguir o número de duplas ligações e depois, entre
parêntesis, o algarismo ou algarismos correspondentes ao primeiro átomo de carbono de cada
dupla ligação.
Exemplo: Acido linoléico ⇒ 18:2 (9,12) ou 18:2 ∆9,12
H3C-(CH2)4-CH=CH-CH2-CH=CH-(CH2)7-COOH
18
13
12
10
9
1
Ácido graxo poliinsaturado com dezoito
átomos de carbono e duas duplas ligações,
entre C-9 e C-10 e entre C-12 e C-13.
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Principais ácidos graxos saturados
Nº de carbonos
Nome vulgar
Nome sistemático [1]
Fórmula
4
Butírico
n-butanóico
CH3CH2CH2COOH
5
Valérico
n-pentanóico
CH3(CH2)3COOH
6
Capróico
n-hexanóico
CH3(CH2)4COOH
8
Caprílico
n-octanóico
CH3(CH2)6COOH
10
Cáprico
n-decanóico
CH3(CH2)8COOH
12
Láurico
n-dodecanóico
CH3(CH2)10COOH
14
Mirístico
n-tetradecanóico
CH3(CH2)12COOH
16
Palmítico
n-hexadecanóico
CH3(CH2)14COOH
18
Esteárico
n-octadecanóico
CH3(CH2)16COOH
20
Araquídico
n-eicosanóico
CH3(CH2)18COOH
22
Beénico
n-docosanóico
CH3(CH2)20COOH
24
Linhocérico[2]
n-tetracosanóico
CH3(CH2)22COOH
[1] o prefixo n- é dispensável
[2] ou Lignocérico
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Principais ácidos graxos insaturados
Nº de
carbonos
Nº de
duplas
ligações
14
Nome vulgar
Nome sistemático
Fórmula
1
Miristoléico
cis-9-tetradecenóico
CH3(CH2)3CH=CH(CH2)7COOH
16
1
Palmitoléico
cis-9-hexadecenóico
CH3(CH2)5CH=CH(CH2)7COOH
18
1
Oléico
cis-9-octadecenóico
CH3(CH2)7CH=CH(CH2)7COOH
18
2
Linoléico
cis, cis-9,12octadecadienóico
CH3(CH2)4(CH=CHCH2)2(CH2)6COOH
18
3
Linolênico
cis, cis, cis-9,12,15octadecatrienóico
CH3CH2(CH=CHCH2)3(CH2)6COOH
20
4
Araquidônico
(todas) cis-5,8,11,14eicosatetraenóico [*]
CH3(CH2)4(CH=CHCH2)4(CH2)2COOH
[*] a IUPAC prefere, desde 1975, o prefixo “icosa-” em vez de “eicosa-”.
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Os lipídeos desempenham três funções biológicas
Componentes essenciais das membranas biológicas (bicamada lipídica), juntamente com
as proteínas.
Sinalizadores intra e intercelulares
Reservas energéticas
Principais Lipídeos
(Agrupados de acordo com a estrutura
química)
Triacilgliceróis - ésteres de glicerol e
O
H
H
R 1 - C- O- C 1- H
H - C - O - ácido graxo
H - C2 - O - C - R 2
R 3 - C- O- C3- H
O
ácidos graxos
O
H - C - O - ácido graxo
H - C - O - fosfato - amino álcool
H
H
Fosfolipídeo
Triacilglicerol
Fosfolipídeo - ésteres de glicerol,
ácido graxo e ácido fosfórico
H
CH3 (CH2 )12 CH = CH - CH - OH
Esfingolipídeos - o álcool é a
H - C - NH - ácido graxo
esfingosina
H - C - O - galactose
Esfingolipídeo
H
Glicolipídeos - ésteres de glicerol,
acido graxo e oses
C
Esteróis - a maioria é de origem
eucariótica e são derivados do
ciclopentanoperidrofenantreno
A
D
B
Ciclopentanoperidrofenantreno
H - C - O - ácido graxo
H - C - O - ácido graxo
H - C - O - galactose
H
Gli colipídeo
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Metabolismo de triacilgliceróis (Reservas energéticas)
Triacilgliceróis por hidrólise liberam glicerol e ácidos graxos
A hidrólise é efetuada pela enzima lipase
Glicerol e ácidos graxos são oxidados por vias metabólicas diferentes
O
R 1_ C
O
CH 2_ O _ C
|
_
C_ O _ C H
|
CH _ O _ C
2
O
R2
R
1
+
3 H O
CH O H
| 2
_ _
HO C H
|
C H2O H
li p a se
2
R3
OH
+
O
R
_
2
C
OH
O
O
T r iac il gl ic er o l
G lic er o l
_
R3 C
OH
Á c id o s gr ax o s
HOCH
2
HCO H
Glicerol:
HO CH
ATP
HOCH
ADP
G l i c er ol q u i nase
2
G l i c er o l
2
HCO H
P- O - C H
2
N A D+
N A D H+H +
HO CH
2
C= O
G l i cer ol 3 -f osf ato
d esi d r ogen ase
G l i c er o l 3 -f osf ato
P - O -C H
2
Di i d r o x i ac eto n a
f o sf ato
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Transporte dos ácidos graxos para o interior da mitocôndria
1ª etapa: catalisada por enzima acil-CoA sintetase presente na membrana mitocondrial
externa.
R CH
2
CH
2
CO O
Ácido graxo
+
A TP
+
_
HS C oA
Acil-CoA
Sintetase
O
R CH
2
CH
2
C S CoA
+
AMP
+
PPi
Aci l-CoA graxo
Reação acoplada - a energia resultante da quebra do ATP em AMP + PPi no interior do sítio
ativo é empregada na síntese da ligação tioéster.
O pirofosfato formado pode ser hidrolisado por uma segunda enzima, a pirofosfase
inorgânica: pirofosfato + H2O → 2 fosfatos
Reação global: Ácido graxo + ATP + CoA-SH → Acil-S-CoA + AMP + 2 Pi
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2ª etapa: catalisada pela enzima carnitina aciltransferase I, presente na superfície
externa da membrana mitocondrial interna.
R
C
S
C oA
+
Carnitina
R
C ar nitina
C
+
C oA
SH
O
O
A cil-C oA gr axo
A cil gr axo car nitina
HOOC- CH 2- CHOH - CH 2- N
+
CH 3
CH 3
H
CH 3
CH 3
HOOC- CH 2- C - CH 2- N
+
CH 3
O
CH 3
C =O
Carnitina
O éster acil-graxo-carnitina
pode atravessar a membrana
interna e chegar à matriz
mitocondrial.
R
Acil- Carnitina
3ª etapa: catalisada pela carnitina aciltransferase II, que transfere o grupo acil-graxo da
carnitina para a CoA-SH intramitocondrial. A enzima está localizada na superfície interna
da membrana interna da mitocôndria.
R
C
C ar nitina
+
C oA
O
A cil gr axo car nitina
SH
R
C
S
C oA
O
A cil-C oA gr axo
+
C ar nitina
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Esquema do transporte de radicais acila para a matriz mitocondrial
Espaço
intermembranas
Membrana interna
Matriz
CH
3
HOOC- CH - CHOH - CH - N CH3
2
2 +
CH
3
O
R C S CoA
I
CoA SH
H
2
2
O
+
CH 3
R C S CoA
II
CH 3
HOO C -C H - C - CH - N
O
CH 3
CoA SH
C =O
R
II == Carnitina
Carnitina aciltransferase
aciltransferase II
II
II == Carnitina
Carnitina aciltransferase
aciltransferase II
II
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Ativação do ácido graxo pela ação da
enzima acil-CoA sintetase

Esquema da ação da carnitina
no transporte de grupos acila para
o interior da mitocôndria
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β-Oxidação de Ácidos Graxos (Ciclo de Lynen)
Esta via atua de forma cíclica e é formada por uma série de quatro reações, ao final das
quais a molécula de acil-CoA é encurtada em dois átomos de carbono que são liberados sob
a forma de acetil-CoA.
As quatro reações que compõem a β-oxidação são:
1. Oxidação de acil-CoA a enoil-CoA (acil-CoA β-insaturada) de configuração trans, pela
acil-CoA desidrogenase uma enzima FAD dependente
2. Hidratação da dupla ligação de enoil-CoA com formação do isômero L de 3-hidroxiacilCoA, pela ação da enoil-CoA hidratase
3. Oxidação da hidroxila do carbono β de 3-hidroxiacil-CoA a uma carbonila com formação
de β-cetoacil-CoA, pela ação da β-hidroxiacil desidrogenase uma enzima NAD+
dependente
4. Quebra de β-cetoacil-CoA com a participação de HS-CoA, e formação de acetil-CoA e
de uma molécula de acil-CoA com menos dois átomos de carbono, pela ação da acetil-CoA
acetil transferase (ou tiolase)
Esta nova molécula de acil-CoA refaz o ciclo tantas vezes quanto necessário para ser
totalmente convertida em moléculas de acetil-CoA.
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β-Oxidação de Ácidos Graxos (Ciclo de Lynen)
H
|
|
H
Outras denominações: Trans-∆2-enoil-CoA ou α, β-trans-enoil-CoA ou α, β-trans-desidroacil-CoA
L-hidroxiacil-CoA ou L-β-hidroxiacil-CoA ou L-3-hidroxiacil-CoA
Tiolase ou Acil-CoA acetil transferase
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β-Oxidação de Ácidos Graxos (Ciclo de Lynen)
Cálculos Energéticos
Exemplo: Ácido palmítico (C16:0)
8 acetil-CoA:
7 passagens pelo ciclo:
7 FADH2
7 NADH
96 ATP
14 ATP
21 ATP
Total = 131 ATP
Para o cálculo do rendimento energético deve ser descontada a energia gasta na ativação e transporte
do ácido graxo para o interior da mitocôndria.
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Equação global da oxidação do Palmitoil-CoA
Incluindo β-oxidação, ciclo do ácido cítrico, transporte de elétrons e fosforilação oxidativa.
1º estágio da oxidação: de ácido graxo a 8 moléculas de acetil-CoA
Palmitoil-S-CoA + 7 HS-CoA + 7 O2 + 35 pi + 35 ADP →
8 acetil-CoA + 35 ATP + 42 H2O
2º estágio da oxidação: de acetil-CoA a CO2 e H2O
8 acetil-CoA + 16 O2 + 96 Pi + 96 ADP
Equação global
→
8 HS-CoA + 96 ATP + 104 H2O + 16 CO2
Palmitoil-CoA + 23 O2 + 131 pi + 131 ADP →
HS-CoA + 131 ATP + 16 CO2 + 146 H2O
Variação da energia livre padrão para a oxidação do ácido palmítico a CO2 e H2O ≈ - 2.340 kcal/mol
Energia recuperada como energia da ligação fosfato do ATP, nas condições padrão ≈ 7,3 x 131 = 956 kcal.
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Oxidação de ácidos graxos com número ímpar de átomos de carbono
1. Oxidação pela mesma via de β-oxidação de ácidos com número par de átomos de
carbono, começando pela extremidade carboxílica da cadeia.
2. Na última série de quatro reações da β-oxidação, o composto a ser oxidado é um acilCoA com cinco átomos de carbono
3. A oxidação e quebra deste composto resulta em uma molécula de acetil-CoA e uma de
propionil-CoA
4. As moléculas de acetil-CoA são oxidadas através do ciclo do ácido cítrico
5. A molécula de propionil-CoA segue uma via enzimática diferente:
Carboxilação com formação do isômero D de metilmalonil-CoA, pela enzima
propionil-CoA carboxilase;
Epimerização de D-metilmalonil-CoA em L-metilmalonil-CoA pela enzima
metilmalonil epimerase;
Transformação de L-metilmalonil-CoA em succinil-CoA pela enzima metilmalonil-CoA
mutase
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Reações adicionais para o propionil-CoA proveniente de ácido graxo
com número impar de átomos de carbono
HCO
O
CH
3
CH
2
C S _ CoA
propionil-CoA
3
Propionil-CoA
carb oxilase
Mg2 +
ATP
AMP
+ PPi + H+
COO
H C CH
3
C S CoA
O
D-metil malonil-CoA
M etil malonil
epimerase
COO
CH2
CH 2
C S CoA
O
succinil-CoA
M etil malonil-CoA
mutase
COO
H C C H
3
C S CoA
O
L-metil malonil-CoA
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Oxidação de ácidos
graxos insaturados
H
H
R 1- C = C- CH 2- CH 2- C
4
3
2
1
H
O
S- CoA
H
R 2- C = C- CH 2- CH 2- CH 2- C
5
acil-CoA
4
Para a oxidação
destes ácidos graxos
são necessárias duas
enzimas auxiliares:
epimerase
(hidroxiacil-CoA
epimerase)
H
R 1- C = C- C
H 2O
H
H
O
R 1- C - C- C
OH H
R 2 - C = C- CH 2- C
R 1- C - CH 2- C
O
isomerase
H
O
R 2- CH 2- C = C- C
S-CoA
H
trans- ∆ 2 -enoil-CoA
O
S-CoA
enoil-CoA hidratase
H 2O
ep imer ase
OH
S-CoA
S-CoA
cis- ∆ 3 -enoil-CoA
D-3-hidroxiacil-CoA
H
H
enoil-CoA hidratase
H
1
β- Oxidação
S-CoA
cis- ∆ 2 -enoil-CoA
isomerase (enoil-CoA
isomerase)
H
2
acil-CoA
β- Oxidação
A maioria dos ácidos
graxos insaturados
apresenta a
configuração cis
3
O
OH
O
R 2- CH 2- C- CH 2- C
S-CoA
H
O
S-CoA
L-3-hidroxiacil-CoA
L-3-hidroxiacil- CoA
β- Oxidação
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Ex: Ácido Oléico (C18:1 ∆9)
Oxidação de Ácidos
Graxos Insaturados
18
Ex: Ácido Linoléico (C18:2 ∆9,12)
18
12
12
8
13
Duas enzimas auxiliares:
Isomerase
(enoil-CoA isomerase)
Epimerase
(hidroxiacil-CoA
epimerase)
10
11
9
8
7
6
5
4
3
2
O=C
\
S-CoA
4
5
3
2
O=C
\
S- CoA
Cis-∆3-enoil CoA
(cadeia de C12)
+
Oleil-CoA
3 CH3-CO-S-CoA
(cadeia de C18)
Remoção de 3 unidades acetil-CoA
com formação de Cis-∆3-enoil CoA
Ação da isomerase e a seguir da
Enoil-CoA hidratase
12
10
11
4
9
8
7
5
6
3
3
5
2
O=C
\
S- CoA
2
O=C
\
S- CoA
4
O=C
\
S-CoA
Remoção de 3 unidades acetil-CoA
Ação da isomerase para formar o
trans- ∆2-enoil-CoA
Nova passagem pelas reações da βoxidação para libera um acetil-CoA e um
acil-CoA graxo insaturado de C8 com
dupla ligação Cis-∆2
Ação da enoil-CoA hidratase com a
formação do estereoisômero D do 3hidroxiacil-CoA em lugar do isômero L
Ação da epimerase
Reações normais da β-oxidação para
liberação de moléculas de acetil-CoA