1 Anabolismo de Lipídios Síntese de Malonil

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Anabolismo de Lipídios
Síntese de Malonil-CoA
A principal enzima responsável pela biossíntese de ácidos graxos é a ácido
graxo sintase. Para a biossíntese dos ácidos graxos, é necessária a presença de duas
moléculas: o acetil-CoA e o malonil-CoA. A acetil-CoA pode vir de diversas vias
metabólicas como, por exemplo, a conversão do piruvato a acetil-CoA. O malonil-CoA,
por sua vez, deve ser sintetizado a partir da acetil-CoA. A síntese de malonil-CoA a
partir de acetil-CoA é sintetizada por uma enzima chamada de acetil-CoA carboxilase.
Essa enzima vai acrescentar um carbono à molécula de acetil-CoA (2C) para a síntese
do malonil-CoA (3C).
A acetil-CoA carboxilase é uma enzima que possui várias funções. Ela tem
uma porção carreadora de biotina, onde há uma lisina ligada à biotina. Essa biotina
possui a função de retirar o CO2 do bicarbonato e transferir esse CO2 para a molécula
de acetil-CoA. O processo é o seguinte: primeiramente a biotina encontra-se na
porção da acetil-CoA carboxilase que possui a função de biotina-carboxilase. Nessa
porção, a biotina se liga ao CO2 proveniente do bicarbonato. Depois, a biotina vai para
a porção de transcarboxilase da enzima acetil-CoA carboxilase. Essa porção removerá
o CO2 da biotina e o transferirá para o acetil-CoA, formando o malonil-CoA. A síntese
de malonil-CoA, apesar de não fazer parte da reação de biossíntese de ácidos graxos
propriamente dita, é essencial para a formação destes, visto que somente o acetil-CoA
não é capaz de formar os ácidos graxos.
Biossíntese de Ácidos Graxos
A reação catalisada pela ácido graxo sintase, que dará origem aos ácidos
graxos, também é uma repetição de quatro reações, assim como a degradação dos
ácidos graxos. A ácido graxo sintase de bactérias e plantas é composta por sete
polipeptídeos específicos, cada um com determinada função. Já a ácido graxo sintase
de vertebrados possui um único polipeptídeo com sete atividades distintas: a atividade
da enzima dependerá da porção que está funcionando.
De forma resumida, o processo de síntese de lipídios se dá através da ligação
do grupo malonil da malonil-CoA e do grupo acetil do acetil-CoA ao sítio ativo da ácido
graxo sintase. A primeira reação é uma reação de condensação, em que será formada
uma molécula de quatro carbonos a partir do malonil-CoA e do acetil-CoA e que vai
eliminar uma molécula de CO2. A segunda reação vai reduzir essa molécula
condensada de quatro carbonos, oxidando, para tal fim, a coenzima reduzida NADPH
+ H+. A terceira reação será a desidratação dessa molécula de quatro carbonos,
acarretando em uma dupla ligação entre dois carbonos dessa molécula. Por fim, na
quarta reação do processo, acontece a redução da dupla ligação dessa molécula de
quatro carbonos, havendo, assim, a oxidação de mais uma molécula de NADPH + H+.
Assim, a ordem das reações será: condensação, redução, desidratação e redução.
Todo o processo se inicia com a ligação do acetil-CoA e do malonil-CoA na
ácido graxo sintase. Essa enzima possui sete porções diferentes com diferentes
funções:
1- ACP – porção carreadora de acil, onde se liga o grupamento malonil
2- AT – porção onde há a ligação da acetil-CoA, que fará a conversão dos dois
carbonos da acetil-CoA para o malonil-CoA
3- KS – porção onde acontece a condensação dos grupos acil e malonil (βcetoacil-ACP sintase)
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4- MT – porção onde ocorrerá a transferência do grupo malonil da CoA para a
ACP (malonil-CoA-ACP transferase)
5- KR – porção onde acontecerá a primeira redução do processo (β-cetoacil-ACP
redutase)
6- HD – porção onde acontecerá a desidratação (β-hidroxiacil-ACP desidratase)
7- ER – porção onde haverá a segunda redução do processo (Enoil-ACP
redutase)
As porções que realmente catalisam a síntese dos ácidos graxos são as
porções KS, KR, HD e ER. As demais porções estão envolvidas na ligação do acetilCoA e do malonil-CoA à enzima como um todo.
A acetil-CoA vai se ligar na KS, a porção sintase que vai fazer a primeira
condensação. O malonil-CoA, por sua vez, vai se ligar na porção ACP, responsável
pelo seu transporte. A ligação da acetil-CoA na KS é catalisada por uma enzima
chamada acetil-CoA transacetilase. A ligação do malonil-CoA na ACP é catalisada
pela enzima malonil-CoA transferase.
Depois que a acetil-CoA encontra-se ligada na KS e o malonil-CoA encontra-se
ligado na ACP, a primeira reação da síntese de ácidos graxos (condensação) pode
começar. Na condensação será eliminado o CO2 incorporado na produção do malonilCoA e serão condensados os dois carbonos do grupamento acetil com dois carbonos
do grupamento malonil (após a perda do CO2), depois que o grupamento acetil for
transportado do KS para o ACP. O produto estará ligado, portanto, à porção
carreadora do grupo acil (ACP).
Por que houve a reação inicial da acetil-CoA carboxilase incorporando CO2 na
formação do malonil-CoA, se, já na primeira reação da ácido graxo sintase esse CO2
será eliminado? Isso acontece porque, para que haja o ataque do grupo malonil ao
grupo acetil, a presença da carga negativa do oxigênio do CO2 é essencial, já que este
oxigênio “puxará” os elétrons para si, enfraquecendo a ligação que deverá ser
condensada. Assim, o CO2 do malonil-CoA funciona como uma espécie de ativador
para que a condensação possa acontecer. Esse é o motivo pelo qual faz-se essencial
a presença de um grupamento malonil, além do grupamento acetil, durante a síntese
dos ácidos graxos.
Depois da condensação, acontecerá a redução da molécula formada. Ao
contrário das vias de degradação, nas vias de síntese a coenzima reduzida é a
NADPH + H+, e não a NADH + H+. O NADPH + H+ utilizado na síntese das moléculas
de ácidos graxos é proveniente, principalmente, da via das pentose-fosfato. Com a
redução da molécula proveniente da condensação do acetil e do malonil, acontecerá,
concomitantemente, a oxidação da coenzima reduzida NADPH + H+.
A próxima reação é a desidratação. A desidratação, assim como todas as
reações anteriores, continua acontecendo na proteína carreadora de acil (ACP). Antes
da hidratação, tinha-se o β-hidroxibutiril-ACP. Depois da hidratação, forma-se o transΔ²-butenoil-ACP. A molécula fica no estado trans porque agora possui uma ligação
dupla entre os carbonos.
Na última reação, a dupla ligação do trans-Δ²-butenoil-ACP será reduzida
graças à presença do NADPH + H+. Formar-se-á, então, o butiril-ACP. Esse butirilACP poderá, então, ser condensado a outras moléculas de acetil-CoA e malonil-CoA
para que sua cadeia graxa fique maior.
A cadeia graxa ficará maior conforme entre na ACP mais um malonil. Porém,
para a entrada de mais um malonil, o sitio da porção ACP deve ser liberado. Dessa
forma, o butiril-ACP deve ser transferido para o KS, tornando-se butiril-KS. Assim, o
malonil entrará na porção ACP agora livre e o processo de condensação, redução,
desidratação e redução acontecerá todo novamente. Depois de formado um hexilACP, este deve ser incorporado à porção KS novamente, para que o sítio ACP fique
livre para a entrada de outro malonil-CoA. Assim acontecerá sucessivamente, até o
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número de carbonos atingidos formar a molécula de ácido graxo esperada. A entrada
de malonil-CoA acontece, no lugar do acetil-CoA, por causa do grupamento COO- que,
conforme dito anteriormente, funciona como ativador da condensação posterior.
Ressalta-se, também, a importância do malonil-CoA para a inibição da carnitinaaciltransferase-I, inibindo conseqüentemente a degradação dos ácidos graxos.
Uma equação geral que representa a síntese de um ácido graxo de 16
carbonos, omitindo a síntese de malonil-CoA, seria:
8 ACETIL-COA + 7 ATP + 14 (NADPH + H+) → C15H32COOH + 8 COA + 7 ADP + 7 Pi
+ 14 NADPH + 7 H2O
O uso de ATP é feito pela acetil-CoA carboxilase, que vai utilizar esse ATP
para a síntese do malonil-CoA a partir da incorporação de CO2 no acetil-CoA. Como já
dito, o NADPH + H+ é proveniente da via das pentose-fosfato, que se inicia na glicose6-fosfato. Ou seja, a presença da glicose é necessária para que ocorra a síntese de
coenzimas reduzidas para a síntese de ácidos graxos. Assim, percebe-se que há uma
grande interrelação metabólica entre as diferentes vias. O NADPH + H+ pode, também,
vir da enzima málica, que vai transformar o malato em piruvato + CO 2 e vai, também,
reduzir essa coenzima.
O acetil-CoA, utilizado na síntese dos ácidos graxos, pode vir de diferentes
fontes, como, por exemplo, da degradação do piruvato pela piruvato-desidrogenase,
que vai formar acetil-CoA + CO2, ou pela degradação de aminoácidos cetogênicos.
Porém, se o acetil-CoA tiver sido produzido dentro da mitocôndria, ele deve ser
transportada até o citossol, visto que é no citossol que acontecem os processos de
síntese dos ácidos graxos. O acetil-CoA não será capaz de sair da mitocôndria nessa
forma. Ele precisará, primeiro, ser convertido a citrato. Dessa forma, para o acetil-CoA
sair da mitocôndria, ele precisará ser condensado com o oxalacetato, na primeira
reação do Ciclo de Krebs. Assim, o citrato é capaz de sair para o citossol. No citossol,
a citrato-liase cliva o citrato, gerando acetil-CoA e oxalacetato. A partir de então, o
acetil-CoA poderá ser utilizado na síntese de ácidos graxos.
O excesso de citrato vai indicar que pode ocorrer síntese de ácidos graxos.
Dessa forma ele não precisa necessariamente entrar no Ciclo de Krebs, mas sim gerar
acetil-CoA para a síntese desses lipídios.
A biossíntese de ácidos graxos insaturados é um pouco diferente da
biossíntese descrita acima, que trata apenas dos ácidos graxos saturados. As
insaturações, geralmente, são feitas em acil-CoA graxos. Ou seja, o ácido graxo é
sintetizado normalmente e totalmente saturado e, depois da sua síntese, adiciona-se à
sua cadeia uma coenzima A, ativando esse ácido graxo. Depois de ativado, o ácido
graxo tem sua cadeia dessaturada pela enzima acil-CoA graxo dessaturase.
As insaturações não precisam ser adicionadas aos ácidos graxos livres. Essas
insaturações podem, também, ser feitas em ácidos graxos já anexados a moléculas de
triglicerídeos, reação catalisada pela mesma enzima acil-CoA graxo dessaturase.
A ácido graxo sintase interrompe seu funcionamento a partir de um número
máximo de carbonos: 16. Dessa forma, para síntese de cadeias maiores, de 18 ou
mais carbonos, entram em ação outras enzimas que vão fazer alocações de pequenas
cadeias ao ácido palmítico (16C), formando ácidos graxos com cadeias maiores.
As dessaturases (ou insaturases) humanas só conseguem adicionar
insaturações em alguns carbonos específicos. As demais insaturações só conseguem
ser feitas por enzimas de outros organismos, como plantas e procariontes. Por
exemplo: nós só conseguimos sintetizar o oleato, que possui uma insaturação no
carbono 9. Entretanto, não conseguimos sintetizar o linoleato, com uma insaturação no
carbono 12. Dessa forma, o linoleato de que necessitamos deve vir exclusivamente da
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alimentação. A capacidade de insaturar uma molécula está diretamente relacionada,
portanto, ao formato do sítio ativo das enzimas insaturases.
Regulação da Biossíntese de Ácidos Graxos
a) REGULAÇÃO DA ACETIL-COA CARBOXILASE
O citrato, conforme já dito, é uma molécula que vai sinalizar que há a
necessidade de produção de ácidos graxos. Sendo assim, o citrato é um efetor
alostérico positivo da acetil-CoA carboxilase. O citrato vem da condensação do acetilCoA com o oxaloacetato dentro da mitocôndria (Ciclo de Krebs) e, no citossol, ele
deve ser quebrado pela citrato-liase para formar novamente acetil-CoA e oxaloacetato.
A citrato-liase é uma enzima controlada pela cascata de reações iniciada pela insulina.
A insulina estimula, portanto, a lise do citrato a acetil-CoA e oxaloacetato.
O palmitoil-CoA, produto da ácido graxo sintase, inibe a acetil-CoA carboxilase.
Isso acontece porque, se há bastante produto, torna-se desnecessária a produção de
mais malonil para síntese de ainda mais produto.
O glucagon e a epinefrina vão inibir a síntese de ácidos graxos. A cascata
desencadeada pelo glucagon e pela epinefrina vão causar a fosforilação da acetil-CoA
carboxilase, que vai ser, assim, inativada. Dessa forma não haverá síntese de malonilCoA e, portanto, não haverá síntese de ácidos graxos.
Algumas moléculas não agem somente alostericamente nas enzimas da
biossíntese dos ácidos graxos. Existem, portanto, certos sinais que estimulam ou
inibem a síntese da enzima acetil-CoA carboxilase, controlando também, dessa forma,
a biossíntese de ácidos graxos.
b) REGULAÇÃO DA ÁCIDO GRAXO SINTASE
A ácido graxo sintase também pode ser regulada. Açúcares fosforilados, como
a glicose-6-fosfato, ativam a ácido graxo sintase. Dessa forma, dietas ricas em
carboidratos vão, também, aumentar a taxa corporal de gordura.
Biossíntese de Triglicerídeos
Os ácidos graxos são armazenados na molécula de triglicerídeo. A síntese do
triglicerídeo se inicia com a formação de uma molécula de glicerol-3-fosfato. O glicerol3-fosfato pode vir da fosforilação do glicerol pela glicerol-quinase, ou pode vir da
redução da di-hidróxi-cetona-fosfato (subproduto da glicólise e gliconeogênese) a
glicerol-3-fosfato através da ação da glicerol-3-fosfato-desidrogenase. O glicerol-3fosfato tem duas posições disponíveis para receber dois ácidos graxos. Porém, para a
entrada do ácido graxo na molécula de glicerol-3-fosfato, ele precisa estar ativado na
forma de acil-CoA graxo, sintetizados a partir da acil-CoA sintetase. A acil-CoA
transferase transfere os dois acil-CoA, então, para a molécula de glicerol-3-fosfato. A
molécula formada recebe o nome de ácido fosfatídico.
O ácido fosfatídico pode ser convertido em triglicerídeo ou em fosfolipídios de
membrana. Para se transformar em triglicerídeo, o ácido fosfatídico deve sofrer a ação
da ácido fosfatídico fosfatase, que vai remover o fosfato, formando o diacilglicerol. O
diacilglicerol pode receber mais uma cadeia graxa (acil) em sua estrutura. A acil-CoA
transferase vai transferir, então, mais uma cadeia acil para o diacilglicerol formando,
finalmente o triglicerídeo ou triacilglicerol.
Caso o ácido fosfatídico receba uma cabeça polar ligada ao seu fosfato, ele
formará um glicerofosfolipídio, que poderá realizar funções nas membranas biológicas.
A insulina estimula a biossíntese de triglicerídeos através da estimulação da
citrato-liase e conseqüente estímulo da formação de ácidos graxos. Uma maior
formação de ácidos graxos estimula, conseqüentemente, a biossíntese de
triglicerídeos. O glucagon vai inibir a síntese de ácidos graxos e vai estimular a
degradação dos triglicerídeos.
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Ciclo-oxigenase e Eicosanóides
A ciclo-oxigenase (COx) é muito estudada e é alvo de diversos medicamentos,
como a aspirina. Essa enzima é responsável pela síntese das prostaglandinas,
leucotrienos e tromboxanos (eicosanóides). Esse grupo de moléculas sintetizados pela
COx estão envolvidos em respostas alérgicas, inflamatórias, dor e coagulação
sangüínea. A COx tem como substrato o ácido araquidônico. Esse ácido araquidônico,
geralmente, encontra-se na estrutura de fosfolipídios de membrana. Quando os
fosfolipídios são degradados pela fosfolipase A2, formam o ácido araquidônico. Os
medicamentos que inibem a COx possuem um grupamento que se liga à serina
presente no sítio ativo dessa enzima, causando a inativação desta. Dessa forma,
esses medicamentos são utilizados como antiinflamatórios, analgésicos e
anticoagulantes.
(A PARTE DE SÍNTESE DE ESFINGOLIPÍDIOS E SÍNTESE DE COLESTEROL FOI
DADA EM AULA, MAS NÃO FOI COLOCADA NO RESUMO, VISTO QUE, SEGUNDO
A PROFESSORA, NÃO CAIRÁ NA PROVA)