ocorre em cinco reações próprias, sendo uma primeira citoplasmática e as demais intramitocondriais.
1. INÍCIO: ativação do ácido graxo: a CoA é adicionada à molécula do ácido graxo formando o ácido graxo ativado ou acil-CoA (p.ex.: o ácido palmítico forma o palmitoil-CoA). Esta reação é catalizada pela enzima acil-CoA sintase que utiliza duas ligações fosfato de uma única molécula de ATP, gerando AMP + PPi. Na mitocôndria, a acil-CoA penetra com o auxílio de um composto transportador chamado carnitina.
Transporte do grupo acil para as mitocôndrias
Os ácidos graxos são ativados no citosol, mas a oxidação ocorre na mitocondria.
Como a membrana mitocondrial interna é impermeável aos acil−CoA graxos de cadeia longa, os grupos acil entram na mitocôndria
por um sistema de lançadeira que emprega a carnitina como transportador.
Transporte dos ácidos graxos para a matriz mitocondrial. (1) O grupo acila da acil−CoA citosólica é transferido para a carnitina, liberando CoA. (2) A acil−carnitina é transportada para a matriz com a subseqüente transferência do grupo acil para a molécula de CoA intramitocondrial. (3) O grupo acil é transferido para a molécula de CoA do conjunto mitocondrial. (4) A carnitina retorna ao citosol.
A acil-carnitina é lançada para o interior da mitocôndria por um transportador protéico específico chamado carnitina:
acilcarnitina−translocase. A carnitina retorna ao espaço intermembranas também pela translocase.
2. Desidrogenação da Acil-CoA: catalisada pela enzima acil-CoA desidrogenase, utiliza o FADH2 como transportador dos dois elétrons e dois H+ liberados, formando o enoil-CoA.
3. Hidratação do enoil-CoA: sob a ação da enzima enoil-CoA hidratase, forma o L-β-Hidroxiacil-CoA.
4.Desidrogenação do β -OH-acil-CoA: a enzima β -OH-acil-CoA desidrogenase utiliza o NADH como transportador de dois elétrons e um H+ retirados do substrato, formando o β -cetoacil-CoA.
5. TÉRMINO: clivagem (quebra) do β-ceto-acil-CoA: a enzima tiolase a molécula do β-cetoacil-CoA gerando uma molécula de acetil-CoA e o restante do ácido graxo original, agora com dois carbonos a menos, que novamente liga-se a outra molécula de CoA gerando um novo acil-CoA.
Via da -oxidação: a acil-CoA formada no final de cada volta tem dois carbonos a menos e reinicia o ciclo (seta pontilhada). A única reação irreversível é aquela catalisada pela acil-CoA desidrogenase (setas vermelhas). Os produtos finais da via — acetil-CoA, FADH2 e NADH — estão incluídos em retângulos amarelos.
O ciclo recomeça até a formação da última molécula de acetil-CoA.
A β-oxidação é uma via extremamente eficaz na produção de energia, já que as moléculas de acetil-CoA, NADH e FADH2 formadas já se encontram na mitocôndria e podem seguir para o ciclo de Krebs e cadeia respiratória, rapidamente.
Porém, o excesso da acetil-CoA formado vai obrigar à sua saída para o citoplasma para iniciar a síntese de corpos cetônicos.
Um ácido graxo de 20 carbonos possui o balanço energético bruto de 165 ATPs, devendo-se descontar desse total a energia correspondente a 2 ATPs gasta no início do processo.
O Tecido Adiposo Marrom
Este tecido é encontrado em mamíferos recém-nascidos e têm a característica de que a cadeia respiratória e a fosforilação oxidativa encontram-se desacopladas pela ação de uma proteína chamada termogenina, que permite o fluxo de prótons da matriz para o espaço intermembranas, mas impede a produção de ATP pelo bloqueio da ATP sintetase. Dessa forma, a energia gerada na cadeia respiratória se libera em forma de calor, auxiliando a termorregulação em neonatos. Animais que
hibernam também possuem este mecanismo gerador de calor metabólico.
A gordura marrom possui esta cor característica devido ao grande número de mitocôndrias em suas células adiposas.
3.4.4. Corpos Cetônicos
Sob condições normais, a acetil-CoA proveniente da β−oxidação é utilizada quase em sua totalidade pelo Ciclo de Krebs.
Em certas condições metabólicas, tais como, jejum prolongado, inanição e diabetes mellitus, ocorre aumento na velocidade da β−oxidação, tornando necessário reciclar o excesso de acetil−CoA e liberar a CoA livre para novas β−oxidações.
No fígado, o grupo acetil da acetil−CoA é transformado em corpos cetônicos em processo chamado cetogênese.
Os corpos cetônicos consistem de acetoacetato, β−hidroxibutirato e acetona e são utilizados como combustível hidrossolúvel pelos tecidos extra−hepáticos.
A cetogênese ocorre em três reações:
1. Formação de acetoacetil−CoA. A primeira reação na formação do acetoacetato (fonte primária de todos os corpos cetônicos) é a condensação de duas moléculas de acetil−CoA para gerar acetoacetil−CoA, catalisada pela acetil−CoA−acetiltransferase (tiolase).
2.Formação de HMG−CoA. A acetoacetil−CoA é convertida a 3−hidroxi−3−metilglutaril−CoA(HMG−CoA) β−hidroxibutirato por uma enzima chamada β−hidroxibutirato−desidrogenase, que é (NAD+−dependente) ligada à membrana mitocondrial interna.
Certa quantidade de acetoacetato sofre contínua descarboxilação não-enzimática espontânea à acetona.
Em condições normais a formação de acetona é negligenciável, no entanto, em acúmulos patológicos de acetoacetato, a quantidade de acetona no sangue pode ser detectada no ar expirado pelo paciente. A presença aumentada de corpos cetônicos no sangue e na urina acompanhado de odor de acetona no ar expirado, é denominada cetose.
Essa condição ocorre quando a velocidade de produção de corpos cetônicos pelo fígado excede a capacidade de sua utilização pelos tecidos periféricos, resultando em acúmulo no sangue (cetonemia). Ao ultrapassar o limiar renal, essas substâncias aparecem na urina (cetonúria).
Em jejum prolongado e diabetes mellitus, como conseqüência do direcionamento do oxaloacetato para a formação de glicose (gliconeogênese), ocorre limitação da operação do ciclo do ácido cítrico. Desse modo, a grande quantidade de acetil−CoA produzida pela β−oxidação dos ácidos graxos no fígado é canalizada para a síntese de corpos cetônicos. Quando a formação de corpos cetônicos atinge níveis acima da capacidade compensatória dos sistemas tampões fisiológicos, desenvolve-se cetoacidose.
Cetoses dos ruminantes.
As cetoses são doenças metabólicas consistentes na acumulação anormalmente elevada de corpos cetônicos no sangue, gestação das ovelhas, geralmente fatal.
Nas vacas leiteiras, as taxas de prevalência de cetose clínica estão entre 3 a 7%, enquanto que a forma subclínica pode chegar a 34%. A doença ocorre no período do pós-parto sendo que 90% dos casos são observacos nos primeiros 60 dias de lactação;
a época mais comum de acontecer está entre 10 e 28 dias de lactação As vacas primíparas são menos suscetíveis que as pluríparas.
Nas ovelhas, a toxemia da gestação ocorre mais em sistemas de produção intensiva; em produções extensivas não é comum, a menos que ocorra um mal manejo.
É uma doença somente de ovelhas prenhes, especialmente durante o último mês de gestação e em casos de 2 ou 3 fetos, embora também possa ocorrer em gestações simples com fetos grandes.
A prevalência da doença pode chegar a 20% dos rebanhos ovinos. Embora não exista uma suscetibilidade por raça, as ovelhas de origem inglesa são consideradas mais resistentes; entretanto a resistência à doença pode estar sendo a expensas do peso do cordeiro e refletir em aumento da mortalidade peri-natal.
Utilização dos corpos cetônicos nos tecidos Vários tecidos, mais notadamente o músculo cardíaco e esquelético, empregam corpos cetônicos para gerar energia. O cérebro aumenta consideravelmente a utilização de corpos cetônicos como fonte de energia durante o período de jejum prolongado e inanição, economizando a glicose e reduzindo a degradação da proteína muscular para a gliconeogênese.
Nos tecidos periféricos, o β−hidroxibutirato é oxidado a acetoacetato, que é então ativado pela ação de uma enzima chamada tioforase (β-cetoacil-Coa-transferase) que emprega a succinil−CoA como fonte de CoA, formando acetoacetil−CoA. Esta última sofre clivagem pela tiolase, produzindo duas moléculas de acetil−CoA que entram no ciclo do ácido cítrico.
Figura: Reações de formação de corpos cetônicos no fígado e reações que permitem seu aproveitamento por músculos e coração. As setas azuis representam transporte pelo sangue.
3.4.5. Biossíntese de Ácidos Graxos
A maioria dos ácidos graxos utilizados pelos mamíferos é suprida pela dieta. Todavia, também podem sintetizar quase todos os ácidos graxos saturados e insaturados necessários para os processos metabólicos vitais. Não produzem, entretanto, alguns ácidos graxos insaturados, tais como, o linolênico e linoléico, que devem ser supridos pela dieta, sendo denominados ácidos graxos essenciais. Esses ácidos graxos são abundantes em peixes e óleos vegetais.
Os ácidos graxos são formados a partir de acetil−CoA proveniente, quase totalmente, da glicose da dieta, ingerida além das necessidades imediatas de energia e da capacidade de armazenar glicogênio. A síntese ocorre principalmente no tecido adiposo, no fígado e nas glândulas mamárias de animais em lactação. Inicialmente é formado o ácido palmítico (palmitato - cadeia linear saturada com 16 átomos de carbono), a partir do qual outros ácidos graxos são derivados, pela elongação ou dessaturação da cadeia do palmitato.
Mecanismo de transporte da Acetil-CoA da mitocôndria para o citossol para a Síntese de ácidos graxos.
A biossíntese dos ácidos graxos é um processo que ocorre exclusivamente no citosol.
Contudo, a acetil−CoA gerada nas mitocôndrias não se difunde espontaneamente para o citosol; em lugar disso, atravessa a membrana mitocondrial interna sob a forma de citrato, produzido a partir da condensação do oxaloacetato e acetil−CoA no ciclo do ácido cítrico, pela ação da enzima Citrato sintase.
Em concentrações elevadas, o ATP inibe a enzima isocitrato−desidrogenase no ciclo do ácido cítrico, provocando o acúmulo de citrato na mitocôndria; o excesso difunde-se livremente para o citosol pela membrana mitocondrial interna por meio do carreador do tricarboxilato. No citosol, a acetil−CoA é regenerada, a partir do citrato pela ação da enzima ATP−citrato−liase:
Figura: Transporte do grupo acetila da acetil-CoA, sob a forma de citrato, da mitocôndria para o citossol. As enzimas e as translocases (da membrana interna da mitocôndria) que participam do processo são: (1) citrato sintase, (2) tricarboxilato translocase, (3) citrato liase, (4) malato desidrogenase, (5) enzima málica, (6) piruvato translocase e (7) piruvato carboxilase. As setas tracejadas indicam transporte através de translocases.
Este mecanismo tem dois fatos importantes para a síntese de lipídeos, pois libera acetil-CoA no citosol e produz NADPH, coenzima fundamental para esta via de biossíntese.