Lipólise e oxidação dos ácidos gordos
Índice
1- O papel dos triacilgliceróis endógenos e dos ácidos gordos na síntese de ATP ... 2 2- Na hidrólise dos triacilgliceróis do citoplasma dos adipócitos participam a lípase de triacilgliceróis do tecido adiposo, a lípase hormono-sensível e a lípase de monoacilgliceróis ... 2 3- Regulação da lipólise e da síntese dos triacilgliceróis dos adipócitos pelas catecolaminas e pela insulina ... 3 4- A libertação de ácidos gordos livres para o plasma pelos adipócitos e a sua captação e metabolização noutros tecidos durante o jejum ... 3 5- A libertação de ácidos gordos para o plasma, o seu transporte no plasma e transmembranar e a sua ativação no interior das células do organismo ... 4 6- O papel do sistema da carnitina no transporte de ácidos gordos de cadeia longa para a matriz mitocondrial ... 4 7- Na oxidação em β ocorrem ciclos de encurtamento sucessivos em que se libertam unidade de dois carbonos (acetil-CoA) e se transferem quatro eletrões que vão, em última análise, reduzir o O2 ... 4 8- As enzimas da oxidação em β são designadas pelas expressões: “desidrogénase de acil-CoA”, “hidrátase”, “desidrogénase do β-hidroxiacil-CoA” e “tiólase”. ... 5 9- A oxidação em β é um processo estritamente aeróbico que só pode funcionar acoplado com a atividade dos complexos da cadeia respiratória ... 5 10- A oxidação do palmitato pelo O2 e a síntese de ATP que lhe corresponde ... 6 11- A concentração plasmática de ácidos gordos livres aumenta marcadamente quando a de insulina desce e isto estimula a oxidação em β ... 7 12- A atividade da carnitina-palmitil-transférase I e a sua regulação pelo malonil-CoA sintetizado na ação catalítica da carboxílase de acetil-CoA ... 7 13- Se a velocidade de hidrólise de ATP não variar existe uma relação inversa entre as velocidades de oxidação da glicose e de ácidos gordos ... 7 14- Mecanismos envolvidos na ativação da oxidação de ácidos gordos nos músculos esqueléticos e cardíaco no estado de jejum ... 8 15- Mecanismos envolvidos na diminuição da oxidação de ácidos gordos nos músculos esqueléticos e cardíaco no estado pós-prandial ... 8 16- Mecanismos envolvidos na ativação da oxidação de ácidos gordos nos músculos durante o exercício físico ... 9 17- Quando a intensidade do exercício aumenta para valores elevados o combustível preferencial passa a ser o glicogénio intramiocelular e a oxidação dos ácidos gordos diminui ... 9 18- A regulação da oxidação em β no fígado envolve mecanismos de longo prazo e os fatores de transcrição SREBP-1c, ChREBP e PPAR-α ... 10 19- A ativação dos ácidos gordos de cadeia curta ocorre na matriz mitocondrial e o seu transporte para a matriz não depende do sistema da carnitina ... 10 20- A oxidação do propionato ocorre via conversão em succinato ... 11 21- A oxidação dos ácidos gordos de cadeia ímpar ... 11 22- Quando um ácido gordo tem a dupla ligação num carbono impar intervém uma isomérase que catalisa a conversão de ∆3-cis-enoil-CoA em ∆2-trans-enoil-CoA ... 11 23- Quando um ácido gordo contêm duplas ligações em carbonos par forma-se (após a ação da desidrogénase de acil-CoA) um intermediário ∆4-cis-∆2-trans-dienoil-CoA que é reduzido pelo NADPH ... 12 24- Os ácidos gordos de cadeia muito longa são oxidados nos peroxissomas até formarem acis-CoA mais curtos que prosseguem a sua oxidação na mitocôndria ... 12 25- Os ácidos gordos com grupos metilo no carbono β são oxidados nos peroxissomas via oxidação em α ... 12 26- A oxidação em ω ocorre no retículo endoplasmático do fígado e rim e não implica a ativação prévia dos ácidos gordos 13
1- O papel dos triacilgliceróis endógenos e dos ácidos gordos na síntese de ATP
Os ácidos gordos fazem parte da estrutura dos lipídeos das membranas (fosfolipídeos e glicolipídeos) e das lipoproteínas plasmáticas, mas mais de 95% dos ácidos gordos presentes no organismo humano fazem parte da estrutura dos triacilgliceróis das reservas de gordura.
Os triacilgliceróis formam gotículas de gordura no interior de muitas células do organismo como os hepatócitos e as fibras musculares, mas a esmagadora maioria encontra-se nos adipócitos, ou seja, no tecido adiposo. Os triacilgliceróis do tecido adiposo constituem a maior reserva energética do
organismo que é mobilizada (hidrólise e consequente libertação de ácidos gordos) aquando do jejum. No
estado de jejum matinal (8-12 horas de jejum) um adulto já substituiu cerca de metade da massa de glicose que estava a oxidar no período pós-prandial por oxidação de ácidos gordos. Se o jejum se prolongar por vários dias o único órgão que continuará a oxidar glicose é o cérebro, mas a velocidade de oxidação de glicose no cérebro pode diminuir para menos de metade da que ocorria no estado pós-prandial ou no jejum matinal. Nestes dois estados as velocidades de oxidação de glicose no cérebro são semelhantes e maiores que a que ocorre no jejum prolongado. Além disso, independentemente do estado metabólico ou de qualquer outra condição (dormir ou exercício intelectual, por exemplo), a despesa energética no cérebro é invariante. Isto significa que, quando o consumo de glicose no cérebro diminui no jejum prolongado, essa diminuição é compensada pela oxidação de compostos que são derivados de ácidos gordos e que são produzidos no fígado: os corpos cetónicos.
Ao contrário do glicogénio, que praticamente se esgota ao fim de um ou dois dias de jejum, os triacilgliceróis do tecido adiposo de um indivíduo com uma constituição física normal podem sustentar as suas necessidades energéticas durante cerca de 2 meses1. Por ação de hidrólases do citoplasma das células,
os triacilgliceróis intracelulares geram ácidos gordos (e glicerol) e um dos papéis biológicos dos ácidos gordos é o de serem substratos de processos oxidativos que levam à sua conversão em CO2 e consequente
síntese de ATP.
Ao contrário do que acontece com a glicose em que o processo catabólico pode ser anaeróbico e ocorrer apenas no citoplasma (glicólise anaeróbia), o catabolismo dos ácidos gordos depende de
oxigénio e ocorre em organelos intracelulares com particular destaque para as mitocôndrias (oxidação
em β). Na oxidação dos ácidos gordos também têm algum papel os peroxissomas e, em muito menor escala, o retículo endoplasmático (oxidação em ómega; ω).
Embora esteja muito melhor estudada no fígado e músculos, presume-se que, com exceção dos
eritrócitos, a oxidação dos ácidos gordos pode ocorrer em todos os outros tipos de células. No caso
do cérebro, no entanto, as velocidades de oxidação dos ácidos gordos são tão baixas que não têm significado do ponto de vista da produção de ATP. Apesar disso, a oxidação em β cerebral (com destaque para o hipotálamo) tem sido objeto de intensa investigação porque parece ter um papel relevante nos mecanismos de regulação do apetite [1].
2- Na hidrólise dos triacilgliceróis do citoplasma dos adipócitos participam a lípase de triacilgliceróis do tecido adiposo, a lípase hormono-sensível e a lípase de
monoacilgliceróis
No processo de hidrólise dos triacilgliceróis dos adipócitos participam três hidrólases citoplasmáticas distintas: a lípase de triacilgliceróis do tecido adiposo, a lípase hormono-sensível e a lípase dos monoacilgliceróis. A lípase de triacilgliceróis do tecido adiposo catalisa a hidrólise de um ácido gordo ligado a um dos hidroxilos primários do glicerol levando à formação de um diacilglicerol (ver Equação 1). A lípase hormono-sensível atua no diacilglicerol formado catalisando a hidrólise do segundo ácido gordo (ver Equação 2)2. A lípase de monoacilgliceróis atua no 2-monoacilglicerol formado levando
à formação do glicerol e do terceiro ácido gordo (ver Equação 3). Porque a lípase hormono-sensível foi a primeira a ser descoberta e porque tem um papel relevante na regulação do processo, às vezes, quando se discute a lipólise intracelular dos adipócitos, apenas esta enzima é mencionada [2]. O somatório da ação das três lípases acima referidas (ver Equação 4) mostra que cada molécula de triacilglicerol liberta três moléculas de ácidos gordos e uma de glicerol.
1 Se admitirmos um indivíduo com 15 kg de gordura no organismo e uma despesa energética total de 2300 kcal/dia, o valor calórico da sua gordura equivale à despesa energética de 62 dias (15 000 g × 9,5 kcal/g / 2300 kcal/dia = 62 dia). 2 Embora não seja nula, a atividade da lípase hormono-sensível nos triacilgliceróis é praticamente nula (Ahmadian, M., Duncan, R. E., Jaworski, K., Sarkadi-Nagy, E. & Sul, H. S. (2007) Triacylglycerol metabolism in adipose tissue, Future Lipidology. 2, 229-237.)
Equação 1 triacilglicerol + H2O → 1,2 ou 2,3-diacilglicerol + ácido gordo
Equação 2 1,2 ou 2,3-diacilglicerol + H2O → 2-monoacilglicerol + ácido gordo
Equação 3 2-monoacilglicerol + H2O → glicerol + ácido gordo
Equação 4 triacilglicerol + 3 H2O → glicerol + 3 ácido gordo
3- Regulação da lipólise e da síntese dos triacilgliceróis dos adipócitos pelas catecolaminas e pela insulina
Nos seres humanos, as hormonas que têm maior relevância na regulação da lipólise que ocorre no interior dos adipócitos são (i) as catecolaminas (efeito estimulador) e a (ii) insulina (efeito inibidor) [3].
As catecolaminas (adrenalina e noradrenalina) promovem a lipólise via ligação aos recetores adrenérgicos β1 que promovem o aumento da atividade da adenilcíclase; a adenilcíclase leva à formação de AMP cíclico (ver Equação 5) que estimula a PKA; a PKA promove a fosforilação de uma proteína (perilipina) que se situa à periferia da gotícula (ou gotículas) de gordura presente no citoplasma dos adipócitos. A fosforilação da perilipina leva ao desencadear de uma série de efeitos que culminam na ativação da lípase de triacilgliceróis do tecido adiposo e da lípase sensível [4]. A lípase hormono-sensível e a lípase de triacilgliceróis do tecido adiposo também são fosforiladas por ação da PKA e isto também contribui para a ativação destas enzimas [5].
À ação das catecolaminas opõe-se a insulina que promove a desfosforilação da perilipina e da lípase hormono-sensível e, consequentemente, a inativação da lipólise. Um dos mecanismos pelos quais a insulina inibe a lipólise é a sua ação ativadora na fosfodiestérase, uma enzima que hidrolisa o AMP cíclico (ver Equação 6). Na ausência de AMP cíclico a PKA fica inativa e não há fosforilação nem da lípase hormono-sensível, nem da lípase de triacilgliceróis do tecido adiposo, nem da perilipina [3]. Equação 5 ATP →AMP cíclico + PPi
Equação 6 AMP cíclico + H2O → AMP
A insulina, para além de inibir a lipólise, também favorece o processo de esterificação: quando a insulina baixa, os ácidos gordos que se libertam na lipólise intracelular não sofrem re-estificação. Assim, quer a descida da insulina plasmática, quer o aumento das catecolaminas favorecem a diminuição da massa de triacilgliceróis do tecido adiposo.
A descida da insulina ocorre durante o jejum e o exercício físico; as catecolaminas aumentam em situações stress e no exercício físico. As catecolaminas estimulam a lipólise intracelular atuando diretamente nos adipócitos, mas também têm um efeito indireto porque inibem a libertação de insulina nas células β dos ilhéus pancreáticos.
4- A libertação de ácidos gordos livres para o plasma pelos adipócitos e a sua captação e metabolização noutros tecidos durante o jejum
Aquando da hidrólise dos triacilgliceróis presentes no citoplasma dos adipócitos formam-se, como produtos, glicerol e ácidos gordos que saem para o plasma sanguíneo. Estes ácidos gordos não estão
esterificados e, por isso, dizem-se livres.
Durante o jejum porque a lipólise é muito mais rápida que a esterificação, o saldo dos dois
processos resulta na libertação líquida de ácidos gordos livres dos adipócitos para o plasma.
No jejum, a insulina plasmática está baixa e, por isso, os adipócitos são mais sensíveis à ação lipolítica das catecolaminas [3]. No jejum, a concentração plasmática dos ácidos gordos livres está
aumentada: um jejum de 10-12 horas (também designado por estado pós-absortivo ou jejum matinal)
faz aumentar a concentração de ácidos gordos livres plasmáticos de um valor de cerca de 0,05 mM para cerca de 0,5-1 mM, um aumento de cerca de 10-20 vezes. No jejum prolongado e na diabetes estes valores são ainda mais elevados podendo ser 2 mM ou superiores.
Nos casos particulares do cérebro, eritrócitos e medula renal, a oxidação dos ácidos gordos é nula ou muito limitada mas, noutros tecidos (nomeadamente no fígado, nos músculos esqueléticos e cardíaco, no córtex renal e no tecido adiposo) são os principais combustíveis do organismo durante o jejum. No jejum matinal cerca de 45 a 60% da despesa energética do organismo entendido como um todo é
sustentada pela oxidação dos ácidos gordos e cerca de 10 % pela oxidação de aminoácidos; nestas condições metabólicas a maioria da glicose que está a ser oxidada está a ser oxidada no cérebro3.
(Um outro destino possível dos ácidos gordos libertados no tecido adiposo durante o jejum é o de servirem como substratos para a síntese de triacilgliceróis, quer no fígado, quer nas fibras musculares esqueléticas em repouso constituindo, neste caso, os triacilgliceróis intramiocelulares).
5- A libertação de ácidos gordos para o plasma, o seu transporte no plasma e transmembranar e a sua ativação no interior das células do organismo
A maior parte dos ácidos gordos livres libertados no tecido adiposo dizem-se de cadeia longa (porque contêm entre 10 e 18 carbonos) e são insolúveis em meio aquoso, mas não formam agregados no sangue porque se ligam (ligação não covalente) à proteína mais abundante no plasma: a albumina. Nos capilares dos tecidos, os ácidos gordos desligam-se da albumina e penetram nas células.
O processo de transporte dos ácidos gordos através das membranas citoplasmáticas pode ser em parte não mediado e em parte mediado por transportadores de diferentes tipos (como, por exemplo, o
FAT, da expressão inglesa “fatty acid translocase”).
Dentro das células, os ácidos gordos de cadeia longa estão ligados a uma proteína ligante de
ácidos gordos.
Por ação catalítica de sintétases de acil-CoA (diversas isoenzimas extramitocondriais), estes ácidos gordos são “ativados”, ou seja, dão origem a acis-CoA num processo em que se gasta ATP e se forma AMP e PPi (ver Equação 7). Esta reação é fisiologicamente irreversível porque a pirofosfátase inorgânica catalisa a rápida hidrólise do PPi formado. A ação da sintétase de acil-CoA, ao converter ácidos gordos em acis-CoA, cria o gradiente transmembranar que permite a captação dos ácidos gordos pelas células.
Equação 7 ácido gordo + CoA + ATP → acil-CoA + AMP + PPi
6- O papel do sistema da carnitina no transporte de ácidos gordos de cadeia longa para a matriz mitocondrial
Quer na dieta, quer nas reservas lipídicas do organismo, cerca de 90% dos ácidos gordos contém 16 ou 18 carbonos: são de cadeia longa [6]. A maioria dos ácidos gordos é oxidada na matriz mitocondrial e, no caso dos ácidos gordos de cadeia longa, o passo limitante da velocidade do processo é o transporte de acil-CoA através da membrana mitocondrial interna.
Este processo de transporte é complexo (ver Fig. 1) e envolve a ação de uma transférase da membrana mitocondrial externa (carnitina palmitil-transférase I: Equação 8) que catalisa a transferência do acilo do acil-CoA para a carnitina4, um transportador da membrana mitocondrial interna que é um
antiporte (troca acil-carnitina que entra por carnitina que sai; Equação 9) e uma outra transférase
(localizada na membrana interna da mitocôndria mas cujo centro ativo está voltado para a matriz) que reverte o processo catalisado pela primeira transférase permitindo a formação de acil-CoA na matriz (carnitina palmitil-transférase II: Equação 10). O somatório das equações 8-10 é a Equação 11. Equação 8 carnitina (fora) + acil-CoA (fora) → acil-carnitina (fora) + CoA (fora)
Equação 9 acil-carnitina (fora) + carnitina (dentro) → acil-carnitina (dentro) + carnitina (fora) Equação 10 acil-carnitina (dentro) + CoA (dentro) → carnitina (dentro) + acil-CoA (dentro) Equação 11 acil-CoA (fora da mitocôndria) → acil-CoA (dentro da mitocôndria)
7- Na oxidação em β ocorrem ciclos de encurtamento sucessivos em que se libertam unidade de dois carbonos (acetil-CoA) e se transferem quatro eletrões que vão, em última análise, reduzir o O2
Na matriz da mitocôndria o acil-CoA vai ser oxidado num processo designado por oxidação em
β. Na oxidação em β ocorrem ciclos sucessivo de encurtamento; em cada ciclo, o carbono β (o carbono 3)
3 O período pós-prandial (correspondente a uma refeição que contenha hidratos de carbono, proteínas e gordura) caracteriza-se por uma despesa energética em que cerca de 85% é sustentada pela oxidação de glicose e o restante pela oxidação de aminoácidos.
4 A carnitina é o β-hidroxi-trimetilamino-butirato. Para além de fazer parte da dieta normal é sintetizada endogenamente a partir da lisina. Na acil-carnitina, a ligação entre o ácido gordo e a carnitina envolve o grupo carboxilo do ácido gordo e o grupo hidroxilo da carnitina sendo de tipo éster.
do acilo é oxidado, liberta-se uma unidade de acetil-CoA (2C) e o acil-CoA é encurtado em 2 carbonos (ver Fig. 1).
Em cada ciclo ocorrem quatro passos: o primeiro e o terceiro são catalisados por desidrogénases, o segundo por uma líase (hidrátase) e o último por uma transférase (tiólase). As equações 12-15 descrevem as ações catalíticas das enzimas envolvidas no processo:
Equação 12 acil-CoA (n carbonos) + FAD →∆2-trans-enoil-CoA5 + FADH2
Equação 13 ∆2-trans-enoil-CoA + H
2O → L-β-hidroxiacil-CoA
Equação 14 L-β-hidroxiacil-CoA + NAD → β-cetoacil-CoA + NADH Equação 15 β-cetoacil-CoA + CoA ↔ acetil-CoA + acil-CoA (n-2 carbonos)
Ao contrário do que acontece em muitas vias metabólicas oxidativas como, por exemplo, o ciclo de Krebs, a oxidação em β não envolve a formação de CO2. Em cada ciclo, quatro eletrões são
primariamente transferidos para o FAD e para o NAD+ e vão, em última análise, reduzir o O
2 a H2O.
8- As enzimas da oxidação em β são designadas pelas expressões: “desidrogénase de acil-CoA”, “hidrátase”, “desidrogénase do β-hidroxiacil-CoA” e “tiólase”.
O 1º passo é catalisado por uma desidrogénase que tem como grupo prostético o FAD (a
desidrogénase de acil-CoA; Equação 12) formando-se um acil-CoA insaturado (com uma dupla ligação
entre os carbonos 2 e 3).
No 2º passo, uma hidrátase catalisa a hidratação do CoA insaturado formando-se um acil-CoA hidroxilado no carbono 3 (Equação 13).
No 3º passo, uma outra desidrogénase (neste caso dependente do NAD+, a desidrogénase do
β-hidroxiacil-CoA; Equação 14) catalisa a formação de um acil-CoA com um grupo cetónico no carbono
3: um cetoacil-CoA. As ações catalíticas da desidrogénase de acil-CoA e da desidrogénase do β-hidroxiacil-CoA implicam, respetivamente, a redução do FAD e do NAD+.
No último passo, o derivado oxidado no carbono β (β-cetoacil-CoA) formado pela ação catalítica da desidrogénase do β-hidroxiacil-CoA sofre tiólise (o CoA funciona como aceitador numa reação de transferência de acilo; Equação 15) formando-se um acetil-CoA e um acil-CoA em que o resíduo acilo está encurtado em dois carbonos relativamente ao acil-CoA donde se partiu.
O acil-CoA gerado pode depois voltar a ser oxidado pelas mesmas enzimas ocorrendo vários ciclos de “encurtamento”. Quando se forma o derivado β-cetoacil-CoA com 4 carbonos (o
acetoacetil-CoA, também designado por β-cetobutiril-CoA) a ação da tiólase gera duas unidades de acetil-CoA.
Embora as expressões “desidrogénase de acil-CoA”, “hidrátase”, “desidrogénase de β-hidroxiacil-CoA” e “tioláse” se possam usar no singular, a verdade é que existem diferentes isoenzimas que se diferenciam funcionalmente por terem maior ou menor atividade dependendo do tamanho da cadeia que se vai encurtando. As isoenzimas com maior atividade em cadeias mais longas situam-se na membrana mitocondrial interna; à medida que as cadeias vão sendo encurtadas vão tendo maior preponderância isoenzimas que se situam na matriz mitocondrial. No entanto, quer quando as isoenzimas estão localizadas na membrana interna da mitocôndria, quer quando estão na matriz, os centros ativos estão sempre voltados para a matriz.
9- A oxidação em β é um processo estritamente aeróbico que só pode funcionar acoplado com a atividade dos complexos da cadeia respiratória
Ao contrário do catabolismo da glicose que pode ser anaeróbico (glicose → 2 lactato), o catabolismo dos ácidos gordos só pode ocorrer na presença de O2 que, por ação catalítica dos complexos
da cadeia respiratória, oxida o FADH2 e o NADH regenerando o FAD e o NAD+ indispensáveis ao
processo.
À semelhança do que acontece com outras enzimas em que o FAD é grupo prostético (complexo II, por exemplo) também os eletrões do FADH2 da desidrogénase de acil-CoA são transferidos para a
coenzima Q (ubiquinona); ver Fig. 1. Neste caso, esta transferência ocorre através de uma cadeia de transferência de eletrões que envolve mais duas flavoproteínas (proteínas em que o grupo prostético é também o FAD). Como explicado na legenda da Fig. 1, o par de eletrões do FADH2 da desidrogénase de
acil-CoA é transferido para uma proteína da matriz mitocondrial que se designa por flavoproteína de
5∆2-trans-enoil-CoA: enoil é um resíduo de um ácido gordo insaturado; ∆2 significa que a dupla ligação está no carbono 2 (entre o 2 e o 3); trans significa que é o isómero trans e não o cis.
transferência de eletrões (ETF; electron transfer flavoprotein). De seguida, uma enzima (outra
flavoproteína) que se situa na membrana mitocondrial interna e que se designa por oxiredútase da
ETF-ubiquinona catalisa a transferência do par de eletrões da forma reduzida da ETF para a ubiquinona.
Assim, a oxidação dos acis-CoA a ∆2-trans-enoil-CoA só pode prosseguir em novos ciclos catalíticos
porque o FADH2 formado (a forma reduzida do seu grupo prostético) é reoxidado, transferindo dois
eletrões para a ubiquinona (Q) que se reduz a ubiquinol (QH2). Ou seja, quando o acil-CoA perde dois eletrões gerando ∆2-trans-enoil-CoA, esses eletrões vão entrar numa cadeia de transporte de eletrões que
inclui três moléculas de FAD (que são os grupos prostéticos da desidrogénase de acil-CoA, da ETF e da oxiredútase da ETF-ubiquinona) acabando por reduzir a ubiquinona da membrana mitocondrial interna a ubiquinol. A Equação 16 é a equação soma relativa às atividades da desidrogénase de acil-CoA e da oxiredútase da ETF-ubiquinona.
Equação 16 acil-CoA + ubiquinona →∆2-trans-enoil-CoA + ubiquinol
A reoxidação do ubiquinol implica a subsequente ação catalítica dos complexos III e IV da cadeia respiratória e a reoxidação do NADH que se forma aquando da ação catalítica da desidrogénase do β-hidroxiacil-CoA depende da atividade dos complexos I, III e IV da cadeia respiratória. Ambos os processos dependem do O2. Curiosamente, ao contrário do que acontece no ciclo de Krebs nenhuma das
enzimas da oxidação em β envolve processos de descarboxilação.
Os resíduos de acetilo das unidades de acetil-CoA geradas durante a oxidação em β são oxidadas a CO2 pelas enzimas do ciclo de Krebs/cadeia respiratória que é, tal como a oxidação em β, um processo
estritamente aeróbico.
10- A oxidação do palmitato pelo O2 e a síntese de ATP que lhe corresponde
O palmitato (CH3-(CH2)14-COOH) pode ser usado como exemplo do acoplamento existente entre
a oxidação dos ácidos gordos e a síntese de ATP. O palmitato contém 16 carbonos e, porque não contém duplas ligações, diz-se saturado.
A oxidação completa de um mole de palmitato pode ser descrita pelas equações que exprimem a
ativação do palmitato (sintétase de acil-CoA; Equação 17), a hidrólise do PPi (pirofosfátase inorgânica;
Equação 18), a oxidação do palmitil-CoA a 8 unidades de acetil-CoA (Equação 19), a oxidação do acetil-CoA no ciclo de Krebs (Equação 20), a oxidação do FADH2 e do NADH pelo O2 (que se
considerou indissociável6 da síntese de ATP; Equação 21) e a reação de conversão do AMP em ADP
(cínase do adenilato; Equação 22):
Equação 17 palmitato + CoA + ATP → palmitil-CoA + AMP + PPi Equação 18 PPi + H2O → 2 Pi
Equação 19 palmitil-CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 CoA + 7 H
2O → 8 acetil-CoA + 7 FADH2 + 7 NADH
Equação 20 8 acetil-CoA + 16 H2O + 8 ADP + 8 Pi + 24 NAD+ + 8 FAD →
8 ATP + 24 NADH + 8 FADH2 + 16 CO2 + 8 CoA
Equação 21 31 NADH + 15 FADH2 + 23 O2 + 100 ADP + 100 Pi →
31 NAD+ + 15 FAD + 46 H
2O + 100 ATP + 100 H2O
Equação 22 ATP + AMP → 2 ADP
A Equação 19 mostra que na formação de 8 unidades de acetil-CoA (2C) a partir de um ácido gordo com 16 carbonos ocorrem 7 “ciclos de encurtamento”. A equação soma corresponde ao processo descrito pelas equações 17-22 é a Equação 23.
Equação 23 CH3-(CH2)14-COOH + 23 O2 + 106 ADP + 106 Pi →
16 CO2 + 16 H2O + 106 ATP + 106 H2O
A Equação 23 mostra claramente que as enzimas envolvidas no processo de oxidação do palmitato permitem o acoplamento de um processo exergónico (a oxidação do palmitato) com um processo
6 Na Equação 21, para o cálculo do número de ATPs formados admitimos que à oxidação de um mole de NADH corresponde a formação de 2,5 moles de ATP e que à oxidação de um mole de FADH2 correspondem 1,5 moles de ATP. Ignorou-se o facto de uma parte dos protões bombeados pelos complexos da cadeia respiratória poderem regressar à matriz por ação de proteínas diferentes da síntase do ATP e do transportador de fosfato/H+ (por exemplo, as UCPs).
endergónico (a síntese de ATP) e que a energia libertada no primeiro faz com que o segundo possa
ocorrer.
11- A concentração plasmática de ácidos gordos livres aumenta marcadamente quando a de insulina desce e isto estimula a oxidação em β
Um fator importante na regulação da velocidade da oxidação em β é a concentração de ácidos
gordos livres no plasma sanguíneo. Ao contrário do que acontece com a concentração plasmática de
glicose, a concentração de ácidos gordos livres varia de forma muitíssimo marcada ao longo do dia. Como já referido, aquando do jejum matinal (às vezes designado por período pós-absortivo), a concentração plasmática de ácidos gordos pode ser na ordem de 0,5-1 mM e desce para valores 10 a 20 vezes inferiores quando se ingere uma refeição que estimule a libertação de insulina.
A libertação de ácidos gordos para o plasma resulta da lipólise (hidrólise dos triacilgliceróis) que ocorre no citoplasma dos adipócitos (tecido adiposo). Quando a insulina diminui no plasma, a ação das catecolaminas não é antagonizada pela insulina e a velocidade de libertação de ácidos gordos para o plasma sanguíneo aumenta, aumentando a sua concentração no plasma. Isto vai estimular a sua entrada para as células, a sua ativação a acis-CoA (ver Equação 7) e a subsequente oxidação.
12- A atividade da carnitina-palmitil-transférase I e a sua regulação pelo malonil-CoA sintetizado na ação catalítica da carboxílase de acetil-CoA
Outro fator regulador da oxidação dos ácidos gordos é o transporte dos acis-CoA para dentro da mitocôndria e a enzima “marca passo” do processo é a carnitina-palmitil-transférase I, a componente do sistema de transporte que se situa na membrana mitocondrial externa e que tem como substratos os acis-CoA e a carnitina (ver Equação 8). O aumento da concentração de acis-CoA no citoplasma das células aumenta a atividade da enzima e se houver défice de carnitina a sua atividade fica diminuída. A carnitina-palmitil-transférase I é inibida pelo malonil-CoA que se forma por ação catalítica da carboxílase de
acetil-CoA (ver Equação 24).
Equação 24 acetil-CoA + CO2 + ATP → malonil-CoA + ADP + Pi
Assim, para além do seu papel na lipogénese que ocorre nos tecidos em que esta via tem alguma relevância, a carboxílase de acetil-CoA tem um papel importante na regulação da oxidação em β. Um aumento na sua atividade leva ao incremento da concentração de malonil-CoA e, consequentemente, à inibição da carnitina-palmitil-transférase I e da oxidação em β. A diminuição da atividade da carboxílase de acetil-CoA tem obviamente efeitos opostos.
Na regulação da atividade da carboxílase de acetil-CoA podem estar implicados mecanismos de longo prazo (ativação ou inibição da síntese da enzima), mecanismos alostéricos (inibição por
acis-CoA e ativação pelo citrato) assim como mecanismos de fosforilação e desfosforilação.
A fosforilação inativa a carboxílase de acetil-CoA e é catalisada pela AMPK (cínase de proteínas ativada pelo AMP); a desfosforilação é catalisada por fosfátases de proteínas e ativa a enzima. Pelo menos no caso do fígado, a forma fosforilada (ativa) da AMPK aumenta quando a glicagina está aumentada no plasma e isto provoca a fosforilação e a consequente inativação da carboxílase de acetil-CoA; isto diminui a concentração de malonil-CoA com a consequente desinibição da carnitina-palmitil-transférase I e estimulação da oxidação em β. Pelo contrário, quer a desfosforilação (inativadora) da AMPK, quer a desfosforilação (ativadora) da carboxílase de acetil-CoA estão dependentes de fosfátases ativadas pela insulina e isto leva à ativação da carboxílase de acetil-CoA e, consequentemente, à inibição da oxidação em β.
A maior ou menor relevância dos mecanismos alostéricos ou de fosforilação/desfosforilação na regulação da carboxílase de acetil-CoA depende das células em que o processo ocorre.
13- Se a velocidade de hidrólise de ATP não variar existe uma relação inversa entre as velocidades de oxidação da glicose e de ácidos gordos
Para uma determinada velocidade de hidrólise de ATP existe uma velocidade de oxidação de nutrientes que permite manter a velocidade de síntese de ATP igual à velocidade de hidrólise e a sua concentração estacionária. Quando, como aquando do exercício físico, há aumento da velocidade de hidrólise do ATP aumentam, quer a velocidade de oxidação da glicose, quer a dos ácidos gordos. No entanto, para um dado nível de velocidade de hidrólise de ATP existe uma relação inversa entre a
velocidade de oxidação dos glicídeos (glicose plasmática + glicogénio intracelular) e a velocidade de oxidação de ácidos gordos: a oxidação dos glicídeos poupa ácidos gordos e vice-versa.
Ao contrário do que acontece na transição do estado de repouso para o exercício físico a interrupção do jejum aquando do pequeno almoço não significa uma modificação facilmente apreciável na velocidade de hidrólise de ATP e, consequentemente, na despesa energética. A despesa energética modifica-se pouco (ou quase nada) aquando da transição do estado pós-prandial para o estado de jejum (ou vice-versa), mas a seleção dos nutrientes oxidados no organismo entendido como um todo varia marcadamente.
A hiperglicemia pós-prandial, a insulina e níveis elevados de glicogénio provocam aumento na velocidade de oxidação dos glicídeos e diminuição na de oxidação dos ácidos gordos. Pelo
contrário, no estado de jejum, o tecido adiposo liberta ácidos gordos para o plasma e os combustíveis
preferenciais dos tecidos (nomeadamente dos músculos e do fígado) são os ácidos gordos.
14- Mecanismos envolvidos na ativação da oxidação de ácidos gordos nos músculos esqueléticos e cardíaco no estado de jejum
Quando o indivíduo está em repouso, os músculos esqueléticos são responsáveis por cerca de 20% da despesa energética total e o músculo cardíaco por cerca de 10%. Nesta condição a proporção entre os tipos de nutrientes que estão a ser oxidados nos músculos depende do estado nutricional.
No estado de jejum, quando a glicemia e a insulina plasmática estão relativamente baixas, fica estimulada a oxidação de ácidos gordos livres plasmáticos que têm origem no tecido adiposo. Quando
a insulina está baixa há aumento da hidrólise dos triacilgliceróis armazenados nos adipócitos e da libertação de ácidos gordos livres para o plasma sanguíneo. Isto, provoca aumento da concentração de
ácidos gordos livres e vai fazer aumentar a sua entrada para as fibras musculares e a subsequente ativação
a acis-CoA (ver Equação 7).
Os acis-CoA são, por um lado substratos da carnitina-palmitil-transférase I (ver Equação 8) e, por outro, inibidores da carboxílase de acetil-CoA (Equação 24) e ambos os fatores favorecem a oxidação em β.
A concentração citoplasmática de citrato aumenta nas fibras musculares quando aumenta a insulinemia e a glicemia, mas diminui durante o jejum. A baixa concentração de citrato durante o jejum também contribui para explicar a estimulação da oxidação em β nesta condição metabólica. O citrato é um estimulador alostérico da carboxílase de acetil-CoA e, por isso, a baixa concentração do citrato provoca descida da concentração intracelular de malonil-CoA. Porque o malonil-CoA é um inibidor da carnitina-palmitil-transférase I, a sua descida vai estimular a oxidação em β.
Ao contrário do que acontece no fígado, a regulação da atividade da carboxílase de acetil-CoA nas fibras musculares não envolve mecanismos de longo prazo (transcrição do gene). Embora seja controverso, também ao contrário do que acontece no fígado (onde existem recetores para a glicagina), os mecanismos de regulação que envolvem a fosforilação e desfosforilação da carboxílase de acetil-CoA por ação da AMPK podem não ter relevância fisiológica no músculo.
15- Mecanismos envolvidos na diminuição da oxidação de ácidos gordos nos músculos esqueléticos e cardíaco no estado pós-prandial
Após uma refeição que contenha glicídeos, os músculos oxidam preferencialmente a glicose do sangue. A insulina (elevada) mobiliza vesículas intracitoplasmáticas que contêm GLUT4 para a
membrana sarcoplasmática aumentando a velocidade de entrada da glicose. Este processo, assim como a ativação pela insulina da desidrogénase do piruvato (via ativação da fosfátase da desidrogénase do piruvato) favorecem a oxidação da glicose.
A baixa velocidade de oxidação de ácidos gordos nos músculos quando a insulina plasmática e a glicemia estão elevadas envolve mecanismos inversos aos que foram referidos no ponto anterior. A alta concentração de citrato e a baixa concentração de acis-CoA implicam aumento da síntese de malonil-CoA que inibe a carnitina-palmitil-transférase I, a enzima com maior poder de controlo na velocidade da oxidação em β.
16- Mecanismos envolvidos na ativação da oxidação de ácidos gordos nos músculos durante o exercício físico
O exercício físico aumenta a despesa energética e, quando o exercício é de tipo aeróbico7,
relativamente à condição de repouso o exercício provoca aumento da velocidade de oxidação quer da glicose quer dos ácidos gordos.
Com base no que se sabe acerca da ação ativadora do AMP na AMPK e da ação desta enzima na inibição da síntese de malonil-CoA seria de esperar que um dos mecanismos envolvidos na ativação da oxidação em β durante o exercício físico envolvesse estes processos. Seria de esperar que o aumento da concentração celular de AMP resultasse em diminuição da concentração de malonil-CoA durante o exercício e fosse esta a razão do aumento da atividade da carnitina-palmitil-transférase I. No entanto, os dados disponíveis não apoiam esta ideia: a ativação da oxidação em β durante o exercício físico não parece envolver modificações na concentração intracelular de malonil-CoA [7].
O aumento da oxidação dos ácidos gordos livres plasmáticos resulta, pelo menos em parte, do aumento da oferta de ácidos gordos livres aos músculos. Embora a concentração plasmática de ácidos gordos não aumente durante o exercício físico, o fluxo sanguíneo através dos músculos em contração
aumenta várias vezes aumentando por isso a quantidade de ácidos gordos disponíveis para serem
captados pelas fibras musculares.
Em exercícios de baixa intensidade (cerca de 25% do consumo máximo de O2, por exemplo) os
ácidos gordos plasmáticos são o principal combustível dos músculos.
Um dos mecanismos que está na origem do aumento da oxidação dos ácidos gordos livres plasmáticos nos músculos que deixaram de estar em repouso envolve a translocação para a membrana
sarcoplasmática de vesículas intracelulares que contêm o transportador de ácidos gordos FAT/CD36 (das expressões inglesas “fatty acid translocase” e “cluster of differentiation 36”). Este
fenómeno é semelhante ao que ocorre no caso do GLUT4 para a glicose e faz aumentar a captação de ácidos gordos do sangue para as fibras musculares.
A ativação pelo Ca2+ das desidrogénases do isocitrato e α-cetoglutarato, dos complexos I e
IV da cadeia respiratória e o aumento da velocidade de formação de ADP que estimula a síntase do
ATP são fatores que contribuem para o aumento da oxidação dos nutrientes durante o exercício físico, incluindo os ácidos gordos que entram nas fibras musculares vindos do plasma e os que se libertam dentro das fibras musculares por hidrólise dos triacilgliceróis intramiocelulares.
Apesar do aumento da captação e da oxidação dos ácidos gordos livres plasmáticos pelas fibras musculares, a sua concentração plasmática não diminui durante o exercício porque, simultaneamente, há aumento da lipólise no tecido adiposo. Este aumento da lipólise nos adipócitos é uma consequência do
aumento da libertação de catecolaminas e da diminuição da concentração plasmática de insulina durante o exercício físico. A descida da insulina é causada pela adrenalina que inibe a libertação de
insulina no pâncreas [2].
17- Quando a intensidade do exercício aumenta para valores elevados o combustível preferencial passa a ser o glicogénio intramiocelular e a oxidação dos ácidos gordos diminui
Relativamente ao estado de repouso, um atleta de elite a correr a maratona pode ter um gasto energético que é cerca de 20 vezes superior à despesa energética em repouso e, neste caso, cerca de 90% da despesa energética do indivíduo resulta da hidrólise de ATP nos músculos que se estão a contrair.
Intuitivamente poderíamos ser levados a pensar que, relativamente a intensidades moderadas, quando a intensidade do exercício é muito elevada a velocidade de oxidação de ácidos gordos seria maior, mas não é isso que acontece. Mesmo em jejum, quando a intensidade do exercício é muito elevada (80% do consumo máximo de O2, por exemplo), os combustíveis mais importantes passam a ser o
glicogénio intramuscular e, em menor grau, a glicose plasmática.
O aumento da oxidação dos glicídeos é explicado pelo aumento da mobilização (independente da insulina) de GLUT4 para a membrana sarcoplasmática, pela estimulação da glicogenólise intramuscular pelo AMP e pelo Pi (ativação alostérica e isostérica da fosforílase muscular) e pelo Ca2+ (via ativação da
cínase da fosforílase), pela estimulação da cínase da frutose-6-fosfato pelo AMP e a estimulação da desidrogénase do piruvato (via ativação da fosfátase da desidrogénase do piruvato pelo Ca2+).
7 A maioria dos exercícios físicos, como a correr uma maratona, passear ou barrer o chão, são exercícios aeróbicos. Exercícios puramente anaeróbicos são de curta duração, mas provocam um aumento explosivo na velocidade de hidrólise de ATP; são exemplos típicos, o halterofilismo, o salto em altura ou em comprimento e um sprint de 100 metros.
Quando os níveis de intensidade do exercício aumentam de valores intermédios para valores muito elevados, a despesa energética aumenta e a oxidação dos glicídeos (glicose e glicogénio dos músculos) também aumenta. No entanto, de forma semelhante ao que acontece no período pós-prandial, o aumento da oxidação dos glicídeos acompanha-se de diminuição da oxidação de ácidos gordos. Um dos mecanismos que poderá estar na origem desta diminuição é a ativação da glicólise anaeróbia (formação de ácido láctico a partir de glicose) e a consequente descida do pH intracelular que inibe a carnitina-palmitil-transférase I e, portanto, a oxidação dos ácidos gordos [8]. Um outro fator poderá estar relacionado com a diminuição da concentração citoplasmática de carnitina livre e, portanto, da carnitina disponível para reagir com acis-CoA e permitir o transporte de acis-CoA para a mitocôndria (ver Equação 8). Esta diminuição da carnitina livre seria causada por acetilação da carnitina (formação de acetil-carnitina por uma enzima com uma atividade semelhante à palmitil-transférase da acetil-carnitina; ver Equação 25) que aumenta quando a oxidação de carbohidratos aumenta [7, 9].
Equação 25 acetil-CoA + carnitina → acetil-carnitina + CoA
18- A regulação da oxidação em β no fígado envolve mecanismos de longo prazo e os fatores de transcrição SREBP-1c, ChREBP e PPAR-α
Também existem mecanismos de regulação a “longo prazo” na oxidação dos ácidos gordos e, estes mecanismos parecem ter maior relevância no fígado que noutros tecidos.
Um dos aspetos desta regulação hepática envolve o aumento da transcrição do gene da
carboxílase de acetil-CoA (ver Equação 24) pelos fatores de transcrição SREBP-1c e ChREBP (das
expressões inglesas, Sterol regulatory binding protein 1 e Carbohydrate-responsive element-binding protein, respetivamente). A síntese de SREBP-1c é ativada pela insulina e inibida pelos ácidos gordos poli-insaturados. A atividade do ChREBP na ativação da transcrição depende de estar ou não fosforilado: a sua desfosforilação e consequente ativação é regulada pela xilulose-5-fosfato, um metabolito formado a partir da glicose e a sua fosforilação é uma ação da PKA que fica ativada quando a glicagina plasmática aumenta. O aumento da concentração da carboxílase de acetil-CoA resulta em aumento da concentração de malonil-CoA e em inibição da oxidação de ácidos gordos no fígado. A diminuição da concentração da carboxílase de acetil-CoA tem, obviamente, o efeito oposto.
Para além disto existe, no fígado, um outro mecanismo que também envolve a ação de ácidos gordos na transcrição de genes. Os ácidos gordos (nomeadamente os poli-insaturados e, entre estes, os da série ω3, como os ácidos α-linolénico e EPA) ligam-se a um fator de transcrição conhecido pela sigla α (da expressão inglesa Peroxisome Proliferator-Activated Receptor α). Esta ligação ativa o PPAR-α que, no fígado, se liga ao DNA estimulando a transcrição de genes que têm um papel relevante na oxidação dos ácidos gordos. Entre estes genes são de referir os que codificam a carnitina palmitil
transférase I e as enzimas da oxidação em β mitocondrial e também da que ocorre nos peroxissomas
(ver à frente) [2].
Para além dos ácidos gordos existem medicamentos que têm o mesmo efeito ativador do fator de transcrição PPAR-α e que se designam por fibratos. Os fibratos são usados na clínica para diminuir a concentração de triacilgliceróis do plasma. A esmagadora maioria dos triacilgliceróis que estão presentes no plasma sanguíneo são sintetizados no fígado a partir de acis-CoA e glicerol-3-fosfato. A estimulação da oxidação hepática dos ácidos gordos diminui a quantidade que fica disponível para ser esterificada e libertada do fígado para o plasma8.
19- A ativação dos ácidos gordos de cadeia curta ocorre na matriz mitocondrial e o seu transporte para a matriz não depende do sistema da carnitina
Os ácidos gordos de cadeia curta ou média (<10 carbonos) são muito menos abundantes que os de cadeia longa, mas também fazem parte de alguns triacilgliceróis da dieta. Além disso, o acetato (2C) forma-se no metabolismo do etanol. O acetato, o propionato (3C) e o butirato (4C) também se formam no lúmen intestinal porque são produtos no metabolismo bacteriano dos carbohidratos que não foram absorvidos (maioritariamente fibras).
Após a sua absorção, a oxidação dos ácidos gordos de cadeia curta ou média é, de um modo geral, semelhante aos de cadeia longa. No entanto, uma das características distintivas no processo é a não intervenção do sistema da carnitina: o sistema de transporte dos ácidos gordos de cadeia curta e média
8 Os triacilgliceróis são libertados do fígado para o plasma incorporados em complexos lipoproteicos conhecidos pela sigla VLDL (da expressão inglesa Very Low Density Lipoproteins).
para a mitocôndria é independente do sistema da carnitina. Além disso, a sua ativação ocorre na matriz mitocondrial, por ação de uma sintétase de acil-CoA (ver Equação 7) com maior especificidade para ácidos gordos com baixo número de carbonos (ver Fig. 1).
20- A oxidação do propionato ocorre via conversão em succinato
A partir do acetato e do butirato forma-se acetil-CoA que é oxidado no ciclo de Krebs, mas o metabolismo do propionil-CoA, produto da ação da sintétase de acil-CoA da matriz mitocondrial no propionato (e, como veremos, da oxidação em β dos ácidos gordos de cadeia ímpar e de alguns aminoácidos) tem um metabolismo diferente. Ao contrário do acetato e do butirato que têm um número par de carbonos, o propionato tem 3 carbonos.
O propionil-CoA é carboxilado (carboxílase do propionil-CoA; ver Equação 26) a
D-metil-malonil-CoA que através da ação de duas isomérases (ver Equação 27 e Equação 28) se converte em succinil-CoA, um intermediário do ciclo de Krebs (ver Fig. 1).
Equação 26 propionil-CoA + CO2 + ATP → D-metil-malonil-CoA + ADP + Pi
Equação 27 D-metil-malonil-CoA → L-metil-malonil-CoA Equação 28 L-metil-malonil-CoA → succinil-CoA
A oxidação completa do succinil-CoA a CO2 requer a sua prévia conversão em acetil-CoA. Uma
via pelo qual os intermediários do ciclo de Krebs podem ser convertidos em acetil-CoA envolve a ação da
carboxicínase do fosfoenolpiruvato, da cínase do piruvato e da desidrogénase do piruvato
(succinil-CoA → succinato → fumarato → malato → oxalacetato → fosfoenolpiruvato → piruvato → acetil-CoA). Nos órgãos que contêm todas as enzimas da gliconeogénese, o succinil-CoA pode converter-se em glicose. 21- A oxidação dos ácidos gordos de cadeia ímpar
A oxidação dos ácidos gordos de cadeia ímpar (em geral, menos de 2% do total [6]) gera no processo oxidativo (para além de acetil-CoA) propionil-CoA (CH3CH2CO-SCoA): quando, após um
certo número de ciclos oxidativos que libertam acetil-CoA, a tiólase atua no pentanoil-CoA (C5) libertando-se acetil-CoA (C2) e CoA (C3). Como já referido (ver Equações 26-28), o propionil-CoA gera succinil-propionil-CoA no seu metabolismo.
22- Quando um ácido gordo tem a dupla ligação num carbono impar intervém uma isomérase que catalisa a conversão de ∆3-cis-enoil-CoA em ∆2-trans-enoil-CoA
Os ácidos gordos insaturados naturais (como o oleico (18:1;9) e o palmitoleico (16:1;9)), contêm, pelo menos, uma dupla ligação e as duplas ligações dos ácidos gordos insaturados naturais estão sempre na configuração cis. Quando a dupla ligação se encontra num carbono impar forma-se, em dado passo do processo oxidativo, um ∆3-cis-enoil-CoA. Um exemplo pode ser o caso do oleil-CoA (18C) que,
após 3 ciclos e a libertação de 3 moléculas de acetil-CoA, gera um intermediário designado por ∆3
-cis-dodecenoil-CoA (12C). O mesmo acontece, por exemplo, no caso do ácido linoleico (18:2;9,12) com a diferença de, neste caso, o intermediário em questão ser o ∆3-cis-∆6-cis-dienoil-CoA com 12 carbonos
(ver Fig. 2).
Os intermediários ∆3-cis-enoil-CoA não são substratos nem da desidrogénase de acil-CoA nem da
hidrátase. A ação da hidrátase só é possível após a ação de uma isomérase que converte o ∆3
-cis-enoil-CoA em ∆2-trans-enoil-CoA (ver Equação 29). O ∆2-trans-enoil-CoA é, seguidamente, por ação
sequenciada da hidrátase, da desidrogénase do β-hidroxiacil-CoA e da tiólase (ver Equações 13-15), encurtado em dois carbonos.
Equação 29 ∆3-cis-enoil-CoA ↔∆2-trans-enoil-CoA
É de notar que um ácido gordo insaturado está mais oxidado que o seu homólogo saturado com igual número de carbonos e que o número de ATPs que se pode obter aquando da sua oxidação é menor. Por exemplo, no caso do ácido oleico, dado que a desidrogénase de acil-CoA não atua num dos ciclos de encurtamento (não atua no 4º ciclo), o número de ATPs formados é menor que no caso do ácido esteárico (1,5 ATPs menos). Quer o ácido esteárico quer o oleico têm 18 carbonos, mas o esteárico é um ácido gordo saturado.
23- Quando um ácido gordo contêm duplas ligações em carbonos par forma-se (após a ação da desidrogénase de acil-CoA) um intermediário ∆4-cis-∆2-trans-dienoil-CoA que
é reduzido pelo NADPH
Alguns ácidos gordos naturais (como o linoleico (18:2;9,12) e o α-linolénico (18:3;9,12,15)
contêm duplas ligações em carbonos par. Nestes casos, depois de se terem libertado 4 acetis-CoA,
forma-se um intermediário ∆4-cis-enoil-CoA; no caso de, por exemplo, se ter partido do linoleil-CoA
forma-se o ∆4-cis-enoil-CoA com 10 carbonos (ver Fig. 2).
Os intermediários ∆4-cis-enoil-CoA são oxidados pela desidrogénase de acil-CoA formando-se
um ∆4-cis-∆2-trans-dienoil-CoA (ver Equação 30) que não é substrato da hidrátase. A ação da hidrátase
só é possível após a ação de uma redútase dependente do NADPH (ver Equação 31) e de uma isomérase (ver Equação 32) que, por ação sequenciada, convertem o ∆4-cis-∆2-trans-dienoil-CoA em ∆3
-trans-enoil-CoA e este em ∆2-trans-enoil-CoA. O ∆2-trans-enoil-CoA é o substrato da hidrátase e a oxidação
em β já pode prosseguir.
Equação 30 ∆4-cis-enoil-CoA + FAD →∆4-cis-∆2-trans-dienoil-CoA + FADH2
Equação 31 NADPH + ∆4-cis-∆2-trans-dienoil-CoA → NADP+ + ∆3-trans-enoil-CoA
Equação 32 ∆3-trans-enoil-CoA ↔ ∆2-trans-enoil-CoA
O NADPH necessário para este processo resulta da redução intramitocondrial do NADP+ e esta
redução pode ser catalisada por duas enzimas distintas: a desidrogénase do isocitrato mitocondrial usando NADP+ como agente oxidante (ver Equação 33) e a transhidrogénase (ver Equação 34) [10]. A
transhidrogénase é uma proteína da membrana interna da mitocôndria; a sua atividade pode ser entendida como um processo em que o movimento dos protões a favor do gradiente eletroquímico está acoplado com o processo endergónico de redução do NADP+ pelo NADH (ver Fig. 2).
Equação 33 isocitrato + NADP+ → α-cetoglutarato + NADPH + CO 2
Equação 34 NADH + NADP+ + H+
(espaço intermembranr)→ NAD+ + NADPH + H+(matriz)
24- Os ácidos gordos de cadeia muito longa são oxidados nos peroxissomas até formarem acis-CoA mais curtos que prosseguem a sua oxidação na mitocôndria
Os ácidos gordos ditos de cadeia muito longa (com mais de 18 carbonos) são muito menos abundantes que os de cadeia longa e os peroxissomas intervêm nas fases mais precoces do seu processo oxidativo. Nestes organelos não há cadeia respiratória e a enzima que catalisa a oxidação dos acis-CoA a
∆2-trans-enoil-CoA é uma oxídase (oxídase de acil-CoA) que, tal como a desidrogénase de acil-CoA, tem
como grupo prostético o FAD. Na ação da oxídase de acil-CoA, o O2 funciona como oxidante que se reduz
a peróxido de hidrogénio (ver Equação 35), enquanto a catálase catalisa a dismutação do H2O2 formado
(ver Equação 36).
Equação 35 acil-CoA + O2→∆2-trans-enoil-CoA + H2O2
Equação 36 2 H2O2→ 2 H2O + O2
Também existem nos peroxissomas as outras enzimas da oxidação β capazes de formar unidades de acetil-CoA e de encurtar os acis-CoA num número par de carbonos. Admite-se que o NADH formado durante a ação da desidrogénase do β-hidroxiacil-CoA dos peroxissomas seja oxidado na mitocôndria, mas ainda não se conhecem os mecanismos envolvidos na transferência dos equivalentes redutores entre os peroxissomas e as mitocôndrias [11]. Nos peroxissomas também não há ciclo de Krebs: os mecanismos envolvidos no transporte das unidades de acetil-CoA e dos acis-CoA encurtados em unidades de 2 carbonos para a mitocôndria poderão envolver a formação de derivados acilados (ou acetilados) da carnitina [11].
25- Os ácidos gordos com grupos metilo no carbono β são oxidados nos peroxissomas via oxidação em α
Alguns (são raros) ácidos gordos da dieta, como o ácido fitânico (presente no leite), contêm um grupo metilo no carbono β o que impede a ação catalítica da desidrogénase de acil-CoA. A oxidação em β do ácido fitânico (ou melhor, do derivado “ativado” fitanoil-CoA) só é possível após a oxidação do carbono α seguida de descarboxilação do carbono 1 (o carbono carboxílico). Estas reações, que ocorrem
nos peroxissomas [11], para além de encurtarem numa unidade o número de carbonos do ácido fitânico, fazem com que o carbono que contém o metilo deixe de ser o carbono β e passe a ser o α. O ácido pristânico, assim originado, depois de ativado a pristanil-CoA, já é substrato da desidrogénase de acil-CoA e a oxidação em β já pode processar-se. Assim, a oxidação em α é um via metabólica dos peroxissomas que permite a oxidação de ácidos gordos com grupos metilo no carbono β.
26- A oxidação em ω ocorre no retículo endoplasmático do fígado e rim e não implica a ativação prévia dos ácidos gordos
Em grau variável, algumas moléculas de ácidos gordos podem ser oxidados no carbono ω
(ómega, o último). O processo da oxidação em ω ocorre no retículo endoplasmático do fígado e rim envolvendo uma oxigénase de função mista contendo o citocromo P450 (que promove a formação de um grupo hidroxilo no carbono ω; ver Equação 37) e duas desidrogénases que oxidam, sucessivamente, esse grupo hidroxilo a aldeído e o aldeído formado a carboxilo (ver Equação 38 e Equação 39). Este processo leva à formação de ácidos dicarboxílicos que são maioritariamente excretados na urina. As Equações 37-39 descrevem as reações em que o ácido octanoico, usado como exemplo, se converte em ácido subérico. Para além de ocorrer no retículo endoplasmático, esta via oxidativa dos ácidos gordos tem uma característica que a distingue de todas as outras: os substratos e intermediários envolvidos no processo não estão ligados à coenzima A. A via de oxidação em ω fica ativada quando existem défices congénitos nas enzimas da oxidação em β. Por exemplo, no défice da desidrogénase de acil-CoA de cadeias médias (MCAD) há aumento da excreção urinária dos ácidos dicarboxílicos subérico (C8) e adípico (C6). Equação 37 octanoato + NADPH + O2→ ω-hidroxioctanoato + NADP+ + H2O
Equação 38 ω-hidroxioctanoato + NAD+→ semialdeído do octanoato + NADH
Equação 39 semialdeído do octanoato + NAD+→ suberato + NADH
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Fig. 1: Ativação e oxidação em β mitocondrial de ácidos gordos de cadeia longa, do butirato (ácido carboxílico com 4 carbonos) e do propionato (ácido carboxílico com 3 carbonos).
Apesar de o FAD, sendo o grupo prostético da desidrogénase de acil-CoA, não poder, em sentido estrito, ser considerado um dos substratos da enzima, a Equação 12 costuma ser apresentada como a que descreve a sua atividade. No entanto, o par de eletrões aceites pelo FAD que é grupo prostético da enzima é transferido para uma outra molécula de FAD que é o grupo prostético de uma proteína da matriz mitocondrial que se designa por proteína de transferência de eletrões (ETF; electron transfer flavoprotein). Assim, na opinião do autor deste texto, haveria maior rigor de se considerasse a ETF como o verdadeiro substrato oxidante na reação catalisada pela desidrogénase de acil-CoA. Esta ideia foi tida em conta quando se desenharam as Figuras.
Fig. 2: Ativação e oxidação em β do ácido linoleico (18:2;9,12).
O ácido linoleico tem 2 duplas ligações, uma num carbono ímpar (o 9, que após 3 ciclos de oxidação em β passa a ser o 3) e outra num carbono par (o 12, que após 4 ciclos de oxidação em β passa a ser o 4).
