Lípidos Simples e Complexos/Relatorio_Grupo_8_Lípidos

Metabolismo e Endocrinologia
“Lípidos simples e complexos”
Mestrado Integrado em Engenharia Biomédica
2º Ano - 2º Semestre
2007/2008
Grupo 8 :
João Mendes,nº58529;
Marta Sousa, nº58528;
Miguel Machado, nº 58557;
Pedro Santos,nº 54552.
Ácidos gordos e Triacilgliceróis
Lípidos são um grupo de compostos quimicamente diversos e com funções diversas mas com uma
característica em comum, a sua insolubilidade em água e solubilidade em compostos orgânicos. Podem
dividir-se em 2 classes:
•
•
Lípidos simples : Originam por hidrólise um álcool e um ou mais ácidos gordos;
Lípidos complexos:Originam por hidrólise não apenas um álcool e ácidos gordos, mas também
ácido fosfórico, oses, etc.
Os ácidos gordos são compostos por um grupo carboxilo terminal e por uma cadeia de
hidrocarbonetos com um comprimento de 4 a 36 átomos de carbono, apresentando normalmente um
número par destes. A sua oxidação celular é altamente exergónica.
A cadeia de hidrocarbonetos pode ser saturada, no caso de não terem ligações
duplas na sua cadeia (cauda flexível) ou, insaturada caso tenha uma ou mais
ligações duplas (dobra rígida). À temperatura ambiente apresentam-se no estado
sólido e líquido respectivamente. O ponto de fusão aumenta com o número de
átomos de carbono e é tão baixo quanto maior for o número de ligações duplas
existentes na cadeia de hidrocarbonetos. Ácidos gordos saturados, são mais longos
e mais resistentes à oxidação que ácidos gordos insaturados com o mesmo número de átomos de carbono
na sua cadeia.
Entre os mais comuns ácidos gordos temos o ácido Palmítico(16:0), ácido Esteárico(18:0), ácido
Oleico(18:1), ácido Linoleico(18:2), ácido Linolénico(18:3) e o ácido Araquidónico(20:4).
Alguns ácidos gordos apresentam anéis de carbono, ligações triplas(Acetilenos), grupos funcionais
O, ligações a grupos metilo ou grupos hidroxilo na sua cadeia.
As ligações duplas dos ácidos gordos podem ter uma conformação do tipo cis ou trans,
sendo a primeira a mais comum. No caso da conformação do tipo cis, os átomos de
hidrogénio encontram-se dispostos no mesmo lado da ligação dupla fazendo com que a
cadeia de hidrocarbonetos crie um ângulo devido à interacção das nuvens electrónicas destes
átomos, com os átomos de hidrogénio vizinhos. Se a ligação dupla tiver uma conformação
do tipo trans, os átomos de hidrogénio encontram-se em pontos opostos desta. Como os
átomos de hidrogénio se encontram em pontos opostos, a cadeia é linear como no caso das
cadeias saturadas pois não vão existir forças de repulsão entre nuvens electrónicas que façam
a cadeia dobrar.
Ácidos gordos essenciais, são ácidos gordos que não são sintetizados pelos mamíferos
e são indispensáveis na dieta alimentar. Estes são precursores de um grupo de ácidos gordos insaturados
com actividade biológica hormonal ou reguladora(prostaglandinas). Estes são os ácidos gordos da família
Ómega, mais concretamente o ácido Linoleico(18:2 ω-6), o ácido α-Linolénico (18:3 ω-3) e a partir
destes se pode obter outros ácidos gordos Ómega como por exemplo o ácido Araquidónico(20:4 ω-6).
A nomenclatura dos ácidos gordos pode ser feita utilizando dois métodos. Em ambos indica-se o
numero de carbonos existentes na cadeia seguido de “:” e depois o número de ligações duplas que esta
tem. A contagem das ligações duplas pode ser feita começando no grupo carboxilo, indicando os
carbonos que têm ligação dupla [ex: ácido Linoleico 18:2(∆9,12) em que C 9 e C12 formam ligação dupla
com C10 e C13], ou então através do número Ómega(ω) ou “n” que indica a primeira ligação dupla do
ácido gordo a contar do grupo metilo. Os ácidos gordos Ómega são ácidos gordos poliinsaturados e
podem ser de três tipos, ω-3,6 ou 9, consoante a primeira ligação dupla se encontre no C3, C6 ou C9
respectivamente.
Na sua maioria, os ácidos gordos encontram-se inseridos em triacilglicerois.
Triacilglicerois, tal como o nome indica, são compostos por três(TRI) ácidos
gordos(ACIL) ligados a um composto de glirecol(GLICEROL).
Na formação de um triacilglicerol (frequentemente usa-se a palavra triglicérido
como sinónimo,o que formalmente não está correcto, visto que a etimologia da
palavra dá a entender que esse é constítuida por 3 moléculas de glicerol, o que não é
verdade) três ácidos gordos ligam-se através de ligações do tipo éster a um glicerol,
um tri-álcool, numa reacção de condensação. Por cada ligação glicerol – ácido
gordo, é removida uma molécula de água e são criadas ligações O – C
respectivamente.
Os triacilglicerois podem ser de dois tipos diferentes. Triacilgliceróis simples
caso tenham na sua constituição três ácidos gordos iguais sendo nomeados segundo
o ácido gordo que os constitui, ou mistos, sendo compostos por dois ou três ácidos gordos diferentes, na
sua nomenclatura deve-se especificar a posição e o nome do ácido gordo que os constitui.
A maior parte da reserva energética do organismo encontra-se armazenada sob a forma de
triacilglicerois. Assim sendo, a oxidação dos ácidos gordos constitui uma via metabólica central de
obtenção de energia em muitos organismos e tecidos (ex:fígado e músculo cardíaco). Como é que esta se
processa?
Oxidação dos ácidos gordos (β-Oxidação)
A degradação completa dos ácidos gordos em CO2 e H20
dá-se em 3 fases distintas (β-oxidação, oxidação do acetilCoA em CO2 no Ciclo de Krebs e transferência de eléctrões
para a cadeia respiratória mitocondrial). Irár-se apenas focar a
β-oxidação, que de um modo simplista e preliminar consiste
na degradação de longas cadeias de ácidos gordos em
fragmentos constítuidos por apenas 2 átomos de carbono, que
se apresentam na forma de acetilcoenzima A (daqui em diante
acetil-CoA).
Nos animais, a β -oxidação ocorre esencialmente nas
mitocôndrias, podendo ocorrer também nos peroxissomas, organelos estes que apresentam algumas
diferenças relativamente ás mitocondrias no que diz respeito ao processo em causa , destacando-se a
oxidação incompleta dos ácidos gordos que aqui se verificam , a não necessidade de mecanismos de
transporte e a formação de peróxido de hidrogénio, pelo facto de a oxidação não ser feita pelo FAD e
NADH, mas sim pelo oxigénio. Nas plantas a β -oxidação ocorre exclusivamente nos peroxissomas e nos
glioxissomas (ocorrendo nesses últimos em menor escala).
Os ácidos gordos não são intermediários da β-oxidação. Assim, é essencial que ocorra a activação,
que consiste na conversão de ácidos gordos em acilos-CoA, conversão essa catalisada por uma série de
enzimas (acil-CoA sintetases - todas elas
específicas para um determinado tamanho da
cadeia carbona como se verá a seguir-e
pirofosfatases inorgânicas). A activação precede
então a β-oxidaçao, ocorre no citoplasma,requer
energia (1 molécula de ATP) e ocorre em duas
fases (ver imagem da direita). Saliente-se que é
a hidrólise imediata do PPi em 2 Pi que faz com
que a em reacção se dê espontânemante no
sentido directo(a reacção global é altamente
exergónica(∆Gº = - 15 Kj). À ligação entre o C1 (carbono 1) do intermediário acil-adenilato
(anidrito misto) com o S (enxofre) da CoA-SH
livre presente no citosol dá-se o nome de
ligação tióster (do grego theion = enxofre).
Os acilos-CoA formados serão agora oxidados no interior da
matriz mitocondrial (poderão também ser usados na síntese de lípidos
membranares). No entanto, a membrana interna das mitocôndrias é
impermeável aos acilos-CoA (relembre-se que estes nessa fase ainda
se encontram no citoplasma), pelo que há necessidade de haver um
mecanismo de transporte, desencadeado pela carnitina livre
presente no citosol. Esta liga-se ao acil-CoA, formando-se éster acilcarnitina, havendo a libertação de CoA-SH para o meio, reacção
catalisada pela carnitina aciltransferase I (enzima também
importante na regulação da síntese e degradação dos ácidos gordos (é
inibida pelo malonil-CoA, impedindo a degradação e síntese
simultânea de ácidos gordos). Posteriormente há a entrada por
difusão facilitada através de uma proteína de transporte do éster e a
formação novamente do acil-CoA, reacção esta catalisada pela carnitina aciltransferase II. Note que
neste processo não existe transporte de CoA-SH para dentro da mitocondria: as reservas citoplasmática e
mitocondrial de CoA não se misturam.
O acil-CoA pode então agora entrar na via da β -oxidação, que conduzirá a um novo acil-CoA com
menos 2 átomos de Carbono que o anterior. A degradação de um
acil-CoA difere nos ácido gordos, consoante for par ou ímpar o
numero de carbonos da cadeia carbonada, e consoante a cadeia
for saturada ou insaturada (a degradação de cadeias
monoinsaturadas e poliinsaturadas também por sua vez é
diferente). No entanto, e de um modo geral, esta processa-se
numa sequência repetida de 4 reacções. Veja-se o caso mais
simples, em que a cadeia carbonada tem numero par de átomos
de C (caso mais comum como já foi dito anteriornente) e é
saturada:
1º Reacção: Reacção de oxidação catalisada por acil-CoA
desidrogenases (VLCAD, MCAD,SCAD, enzimas essas
especificas paradeterminados comprimentos dos acilosCoA:very- long-chain, medium-chain e short-chain acil-CoA
desidrogenases, que actuam, em cadeias compreendidas entre 1218, 4-14 e 4-8 átomos de carbono, respectivamente);Têm um
grupo prostético FAD, que recebe electrões vindos do acil-CoA.
A sua forma reduzida depois doa os electrões a um transportador
de electrões da cadeia respiratória (ETF-electron-transferring
flavoprotein);Há formação de α- β- trans-enoil-CoA.
2ºReacção: Reacção de hidratação catalisada por enoil-CoA-hidratase, formando-se β- hidroxiacil-CoA
(a enzima enoil-CoA-hidratase só actua em ligações duplas trans);
3ºReacção: Reacção de desidrogenação, catalisada pela β -hidroxiacil-CoA-desidrogenase, com
formação de β - cetoacil-CoA. Repare-se como é introduzido um oxigénio a nivel do carbono β a partir
da molécula de água (reacções 2 e 3) , decorrendo daí a designação de β -oxidação.
4ºReacção: Reacção de tiólise, catalisada pela acil-CoA acetiltransferase (tiolase), que promove a
reacção do β - cetoacil-CoA com uma molécula livre de CoA-SH, decorrendo daí a clivagem em 2
carbonos do acil-CoA inicial, agora com menos 2 carbonos , e a
formação de acetlil- CoA.
No caso em que se tem um numero par de átomos de C na cadeia
carbonada e essa é monoinsaturada, a oxidação requer uma enzima
adicional, enoil-CoA isomerase, que repõe a ligação dupla α- β,
havendo a conversão do isómero cis no isómero trans, esse sim um
intermediário normal na β-oxidação (lembrar que na 2º reacção da βoxidação, a enzima enoil-CoA hidratase só actua em ligações duplas
trans)- ver imagem direita (exemplo ácido gordo oleico).
Na eventualidade de a cadeia ter um numero ímpar de átomos de
carbono, na última ronda do ciclo forma-se uma molécula de acetil-CoA
e uma de propionil-CoA (C3).Para que este possa ser utilizado pelo
ciclo de Krebs, é necessário adicionar-lhe um átomo de carbono, o que é
feito por carboxilação,com consumo de ATP .O metilmalonil-CoA
assim formado é então rearranjado a succinil-CoA (numa reacção
assistida pela cobalamina -a vitamina B12).Este último como já foi dito é
intermediário do ciclo de Krebs.
Por último, mas não menos importante, há que considerar
a situação em as ligações duplas estão em posições erradas e a
molécula acil-CoA não têm a configuração certa (trans). A
oxidação nessas circunstâncias requer uma segunda enzima
auxiliar, para além da enoil-CoA-isomerase, a dienoil-CoAredutase. A combinação dessas duas enzimas nesse exemplo
(ver imagem da direita) permite converter o intermediário
trans-∆2, cis ∆4- dienoil-CoA no intermediário trans-2-enoilCoA, esse sim substrato necessário para a β-oxidação.Tais
reacções extras ocorrem por exemplo na degradação do ácido
gordo linoleico.
Em termos de balanço energético, e com umas simples
contas algébricas, verifica-se que essa via catabólica fornece
de facto grandes quantidades de energia. Veja-se o exemplo
do ácido mirístico (contêm 14 carbonos na cadeia carbonada):
•
Cada espira da Hélice da β - oxidação liberta FADH2
e NADH, cuja reoxidação pelo sistema transportador
de electrões liberta , respectivamente 1,5 e 2,5
moléculas de ATP. Assim sendo :
•
1 espira
→
4 ATP; 1 acetil-CoA
ATP ( oxidação no ciclo de krebs)↔
→
10
↨
6*4 + 7*10 – 1 = 93 ATP ( note-se que há que subtrair 1 ATP, consumido na activação)
Glicerofosfolípidos, esfingolípidos e esteróis:
Os glicerofosfolípidos, esfingolípidos e esteróis são
exemplos dos lípidos estruturais presentes na membrana
plasmática (bicamada fosfolipidica que actua como
barreira à passagem de moléculas polares e iões). Estes
lípidos são anfipáticos, isto é, têm uma parte hidrofóbica
(cauda) e uma parte hidrofílica (cabeça). Nos
glicerofosfolípidos e em alguns esfingolípidos a ligação
entre a cabeça polar e a cauda hidrofóbica é uma
ligação fosfodiéster, pertencendo, assim, à clase dos
fosfolípidos.
Glicerofosfolípidos
Os glicerofosfolípidos (ou fosfoglicéridos) são
derivados do ácido fosfatídico. São compostos por dois
ácidos gordos ligados por ligação ester ao carbono 1 e 2
do glicerol e um grupo polar ou com carga está ligado ao
carbono 3 por ligação fosfodiéster. Estes ácidos gordos
podem ser de uma variedade tipos mas, em geral, no C-1
está um ácido gordo saturado C16 ou C18 (ex.: ácido
Palmítico) e no C-2 está um ácido gordo insaturado C18
ou C20 (ex.: ácido Oleico).
Os glicerofosfolípidos comuns são diacilglicerois
ligados a álcoois por ligação fosfodiéster.
Esfingolípidos
Os esfingolipidos são derivados da esfingosina (amina alcoólica). Têm uma cabeça polar e duas
caudas apolares mas não contêm glicerol. São compostos por uma cadeia longa da amina alcoólica
esfingosina ou por um dos seus derivados; por uma molécula de cadeia longa de ácido gordo; e por uma
cabeça polar ligada por ligação glicosídica ou, em alguns casos, fosfodiester. Quando esta ligação é
fosfodiéster pertence à classe dos fosfolípidos. No caso de ser uma ligação glicosídica pertence à classe
dos glicolípidos. Os três primeiros carbonos da terminação polar da esfingosina são análogos aos do
glicerol. Quando o ácido gordo está ligado ao grupo –NH2 do C-2 da esfingosina por ligação amida
resulta o composto ceramida que é estruturalmente semelhante ao diacilglicerol. A ceramida é o composto
parental de todos os esfingolípidos. Os esfingolípidos estão divididos em três subclasses, todos derivam
da ceramida mas variam no grupo da cabeça. Dividem-se em esfingomielinas, glicoesfingolípidos e
gangliosidos.
As esfingomielinas contêm fosfocolina ou fosfoetanolamina na cabeça polar e por isso são
classificados como fosfolípidos. Estão presentes na membrana plasmática das células animais, em
particular, na bainha de mielina (membrana que envolve e isola os axónios de alguns neurónios).
Os glicoesfingolípidos estão presentes em maior concentração na face exterior da membrana
plasmática. A cabeça são um ou mais açucares ligados directamente ao –OH do C-1. São exemplo os
cerebrósidos e os globosidos, também designados por glicolípidos neutros por não apresentarem carga a
pH=7. Os cerbrósidos têm um único açúcar ligado à ceramida. Os que têm galactose estão presentes na
membrana plasmática do tecido neuronal. Quando têm glucose aparecem na membrana plasmática do
tecido não neuronal. Os globósidos têm dois ou mais açucares, normalmente D-glucose, D-galactose ou
N-acetil-D-galactosamina.
Os gangliosidos são esfingolípidos mais complexos, a cabeça polar é formada por oligosacáridos.
Na terminação contêm um ou mais resíduos de ácido siálico (Neu5Ac) que é o que lhes confere carga a
pH=7, distinguindo-os dos globosidos. Se tiver um ácido siálico está no grupo GM (M de mono-), se tiver
dois no grupo GD (3-GT, 4-GQ,…).
Os esfingolípidos foram descobertos por Johann Thudichum no séc. XIX e desde então já foram
descobertos mais de 60 tipos diferentes nos humanos. Contudo só se descobriram funções especificas para
um pequeno número de esfingolípidos. Os grupos sanguíneos A, B e O são em parte determinados pelas
cadeias de oligossacáridos de um certo esfingolípido. Os gangliosidos estão concentrados na parte
exterior das membranas plasmática, actuando como pontos de reconhecimento para moléculas
extracelulares ou superfícies de células vizinhas.
Esteróides:
Os esteróides são lípidos estruturais presentes nas
membranas da maoiria das células eucarióticas. A estrutura
característica deste grupo de lípidos membranares é o núcleo
esteróide (ciclopentanoperidrofenantreno) que é composto por
quatro anéis fundidos, três com 6 carbonos (na imagem: A,B,C) e
um com 5 (na imagem: D). O núcleo esteróide quase planar é
relativamente rígido pois os anéis fundidos não permitem a
rotação das ligações C-C. O Colesterol, formado apartir do AcetilcoA, é o principal esteróide presente nos tecidos animais, é
anfipático (parte polar - o grupo hidróxilo no C-3; parte apolar - o
núcleo esteróide e a cadeia hidrocarbonada no C-17) e é dele que
derivam grande parte dos esteróides existentes no nosso organismo. Para além do seu papel como
constituinte das membranas celulares regulando a sua fluidez, eles servem também como percursores para
uma variedade de produtos com actividade biológica específica. Os ácidos biliares são derivados polares
do colesterol que emulsionam as gorduras no intestino para as tornarem mais acessiveis à acção das
lipases digestivas. O colesterol é também percursor de hormonas esteróides designadamente, a vitamina
D, o cortisol, a aldosterona, a testosterona, a progesterona e o estrogénio sendo as três últimas hormonas
sexuais que desempenham papel fundamental no crescimento e na reprodução. A vitamina D tem papel
fulcral no que diz respeito à formação e calcificação óssea. A aldosterona é uma hormona produzida pelas
glândulas suprarenais que intervêm na reabsorção de sódio a nível renal. Por fim, o cortisol, também
produzido nas glândulas suprarenais, é uma hormona cuja concentração é aumentada em situações de
stress, provocando o aumento da pressão arterial.
Eicosanóides:
Os eicosanóides são um grupo de
substâncias que derivam do ácido
araquidónico
sendo
todos
eles
constuituídos por 20 átomos de carbono
(em grego, eicosa=20). Estas substâncias
são produzidas por quase todas as células
do corpo e têm um tempo de vida muito
curto por isso, actuam somente perto do
seu local de síntese (efeito parácrino).
Estas substâncias estão envolvidas na
função reprodutiva, na inflamação, febre,
na regulação da pressão arterial, na
secreção
ácida
gástrica,etc.
Os
fosfolípidos membranares que contêm o
ácido araquidónico (ácido gordo poli-insaturado) fornecem o material de partida para a síntese dos
eicosanóides. Inicialmente, a fosfolipase A2 cliva o ácido araquidónico, contido na membrana
fosfolipídica, e por acção de enzimas específicas dá origem aos três tipos de eicosanóides: os
leucotrienos, os tromboxanos e as prostaglandinas. Pela acção da lipoxigenase originam-se leucotrienos
que contêm três ligações duplas conjugadas. Os tromboxanos e as prostaglandinas são obtidos pela acção
da cicloxigenase no ácido araquidónico. Os tromboxanos, produzidos pelas plaquetas, apresentam uma
estrutura com um anel de 6 carbonos contendo um éter enquanto as prostaglandinas contêm um anel com
5 carbonos que tem origem na cadeia do ácido araquidónico. As prostaglandinas, em caso de inflamação,
são decisivas no aumento da temperatura corporal.
Bibliografia:
•
Lehninger’ Principles of Biochemistry, 4th Edition, David L. Nelson, Michael M. Cox, 2005,
W.H. Freeman Co, New York;
•
Entender a Bioquímica, 4th Edition, Campos, Luis S., 2005,Escolar Editora,Lisboa;
•
Color Atlas of Biochemistry, 2nd Edition, Jan Koolman, Klaus-Heinrich Roehm, 2005, Stuttgart,
New York.