22 Metabolismo de Lipídios

Objetivos

Localizar no mapa metabólico a síntese e a degradação de ácidos graxos, bem como o metabolismo do colesterol;
Entender que a síntese e a degradação de ácidos graxos se dá de forma espiralar, adicionando ou retirando, respectivamente, grupos acetato;
Compreender como a acetil CoA mitocondrial se regenera no citosol, sítio de síntese de AG.

Síntese de ácidos graxos

Entender que a síntese de colesterol é muito maior do que a de ácidos graxos em humanos, o que privilegia o controle metabólico do primeiro;
Compreender a ação da acetil carboxilase e sua modulação na síntese de ácidos graxos;
Saber qual o papel da ACP (proteína carreadora de AG) e da sintase de ácidos graxos;
Compreender o papel da biotina e de NADPH na síntese de AG;
Entender como se processa espiral de síntese de AG, compreendendo as etapas de redução, desidratação e redução novamente.

Degradação de ácidos graxos

Compreender que a degradação ocorre em duas etapas, a mobilização dos estoques de ácidos graxos dos tecidos (triacilglicerol), lipólise, e a beta-oxidação de ácidos graxos mitocondrial;
Compreender o papel da lipase sensível a hormônio (glicagon, epinefrina) e da albumina sérica na lipólise;
Compreender a necessidade de carnitina à beta-oxidação de AG;
Entender o processo em espiral reverso ao da síntese de AG: oxidação, hidratação, oxidação;
Entender que cada volta na espiral da beta-oxidação libera 1 acetil CoA, 1 FADH2, e 1 NADH;
Saber que a beta-oxidação de AG é um espelho metabólico do terço final do ciclo de Krebs.

Metabolismo de corpos cetônicos

Saber o que são os corpos cetônicos e sua função (acetoacetato, beta-hidroxibutirato; segunda fonte de energia depois da glicose;
Entender porque esses compostos podem ser utilizados como fontes de energia (acetil CoA);
Compreender que a descarboxilação acetoacetato produz acetona, e ocorre espontaneamente em humanos;
Compreender que o excesso metabólico de corpos cetônicos tende a reduzir o pH sanguíneo;
Saber que o acetil CoA é precursor de corpos cetônicos, quer pelo excesso, quer pela beta-oxidação de ácidos graxos.

22.1 Introdução

Os ácidos graxos são a principal forma de reserva de energia para o organismo. Na verdade, a quebra de ácidos graxos libera uma energia 3 vezes maior do que a quebra de carboidratos ou de proteínas. O metabolismo dos ácidos graxos se resume na sua síntese e degradação. Para evitar quebrar um ácido graxo que acabou de sair do forno, a célula separa os compartimentos da síntese e da degradação. Assim, enquanto que a síntese ocorre no citosol, a degradação, com o pomposo nome de -oxidação, ocorre na mitocôndria. Fazer um ácido graxo não é difícil. Como o ácido graxo é formado por uma cadeia comprida de carbonos, até uns 16 ou 20 carbonos, basta a célula ligar carbonos até o comprimento desejado. Pra isso acontecer, entra em ação mais uma vez o acetil CoA. Como ele possui 2 carbonos, ou 2C, a célula só tem o trabalho de ligar –2C-2C-2C-etc.

Para quebrar o ácido graxo, o mesmo procedimento. A célula só tem o trabalho de quebrar um -2C- a cada vez, liberando acetil CoA até o final da quebradeira. Durante essa atividade, um grande número de moléculas energéticas de ATP são liberadas para uso pela célula. Quando a célula, por algum motivo, deixa de quebrar a glicose pra produzir ATP, ela passa a quebrar os ácidos graxos. Acontece que, quando ela quebra muitos ácidos graxos, são formados muitos acetil CoA. Tantos que o ciclo de Krebs não dá conta de quebrar todos. Nesse caso, ocorre um desvio da acetil CoA para formar substâncias muito importantes para gerar energia, os chamados corpos cetônicos.

Figura 22.1: Resumo das interações entre o metabolismo intermediário e a síntese e degradação de ácidos graxos.

22.2 Detalhes

O metabolismo dos ácidos graxos, principal forma de armazenamento da gordura nos tecidos, envolve uma via espiral de ligações (síntese) e rompimentos (degradação) sucessivos de moléculas de acetato. Enquanto que sua síntese permite a produção de triacilglicerol utilizável pelo organismo, sua degradação permite a liberação de grandes quantidades de ATP. Síntese e degradação estão diferentemente situados na célula. A primeira ocorre no citosol, e a segunda, na mitocôndria. Durante a síntese ocorre inicialmente um ancoramento de um precursor em uma proteína transportadora de grupos acila (ACP). Segue-se uma transcetilação (liberação de C2 ligado em outro sítio da proteína), síntese (montagem sequencial de -C2-C2-C2-), e esterificação (liberação do ácido graxo formado).

Posteriormente, ocorre alongamento da cadeia e dessaturação, essa última produzindo ácidos graxos insaturados. A etapa inicial de síntese envolve uma doação de acetato da acetil CoA. Como esta faz parte do metabolismo intermediário na mitocôndria, precisa ser transportada para o citosol para continuidade da síntese. Neste caso, ocorre uma condensação de acetil CoA e oxalacetato mitocondrial em citrato (citrato liase), o qual é exportado para o citosol, e novamente re-oxidado (citrato liase).

Uma vez no citosol, ocorre uma conversão de acetil CoA em malonil CoA (acetil CoA carboxilase, em presença de biotina), seguindo-se as operações espirais de adição de grupos acetatos à molécula. A principal enzima envolvida neste processo é o complexo multicatalítico da sintase dos ácidos graxos (em procariontes, ACP – domínio de fosfopanteteína). A cada volta na espiral são consumidos 2 NADPHs.

Os principais tecidos envolvidos na síntese são os do fígado e glândulas mamárias (lactação). As fontes para a síntese de ácido graxo incluem a via das pentoses e a oxidação de malato. A síntese é regulada negativamente pelas catecolaminas, glicagon, e por jejum prolongado, sendo ativada por citrato e insulina.

A degradação dos ácidos graxos, também denominada por \(\beta\)-oxidação, ocorre na matriz mitocondrial do tecido adiposo. Como a síntese se dá no citosol, é necessário um transporte das cadeias acila para aquela, trabalho realizado pela carnitina, um derivado de Lys. A lógica da via é uma liberação espiral de acetil CoA. Durante o processo são liberados 1 FADH2 (2 ATPs), 1 NADH (3 ATPs) e 1 acetil CoA. Como cada acetil CoA libera 12 ATPs pelo ciclo de Krebs e cadeia respiratória, pode-se facilmente perceber a grande quantidade de ATP que é produzida na oxidação de um ácido graxo.

Para a degradação de palmitato de 16C, por exemplo, ocorre 7 voltas na espiral de degradação, liberando 8 acetil CoA, 7 NADH e 7 FADH2, num total de 131 ATPs produzidos. A via, que requer a vitamina niacina, é regulada negativamente por acetil CoA e malonil CoA, sendo ativada por lipase sensível à hormônio do tecido adiposo e glicagon.

Figura 22.2: Rotas bioquímicas da síntese de ácidos graxos.

De particular interesse na oxidação de ácidos graxos, existem cetoácidos produzidos a partir do acetil CoA liberado em excesso, que pode ser utilizado como combusível extra-hepático, os corpos cetônicos. Os corpos cetônicos constituem acetoacetato e hidroxibutirato, que podem migrar pelo sangue, podendo ser novamente re-sintetizados a acetil CoA para uso em tecido muscular, cérebro e córtex adrenal. Em excesso, os corpos cetônicos podem ocasionar cetoacidose, podendo levar à morte por inativação ácida dos tecidos (pKa dos corpos cetônicos gira em torno de 3.5).

Figura 22.3: Rotas bioquímicas de degradação de ácidos graxos (\(\beta\)-oxidação).

22.3 Aplicação

As principais enfermidades do metabolismo de ácidos graxos envolvem sua degradação. Assim ocorre com a síndrome da morte súbita do lactente, um quadro de hiperglicemia severa, causado por deficiência da acil CoA desidrogenase, a primeira enzima da oxidação lipídica, levando a baixa cetose (não ocorre a \(\beta\)-oxidação), vômitos e letargia. Cetoacidose diabética, comum no agravamento do diabetes mellitus, leva a uma hiperglicemia, cetonemia e cetonúria, devido à alta relação insulina/glicagon, com consequente ativação da \(\beta\)-oxidação mediada por AMPc. Neste caso, o paciente se apresenta com odor de acetona, por descarboxilação espontânea do acetoacetato em excesso. O fígado gorduroso presente na cetoacidose se desenvolve a partir do excesso de ácidos gráxos que as células hepáticas não conseguem degradar. A grande produção de corpos cetônicos no diabetes tem origem na ausência de produção de insulina pelo organismo.

A insulina inibe a gliconeogênese. Na sua ausência, fontes gliconeogênicas de oxalacetato são mobilizadas para produção de glicose, esgotando o ciclo de Krebs e desviando o acúmulo de acetil CoA para uma síntese excessiva de corpos cetônicos. Conjuntamente, a insulina é necessária à síntese de malonil CoA. Em sua ausência, não se forma malonil CoA, mantendo o acetil CoA represado. Outras doenças do metabolismo de ácidos graxos constituem a pancreatite (deficiência da enzima lipase pancreática, responsável pela liberação de ácidos graxos do triacilglicerol), e deficiência de carnitina ou carnitina palmitoil transferase (levando a cãibras musculares durante o jejum e exercício, e morte em casos extremos). Uma variação da \(\beta\)-oxidação, a \(\alpha\)-oxidação de ácidos graxos metilados, de pouca importância no organismo humano, têm relevância clínica na doença de Refsum, uma deficiência das enzimas de \(\alpha\)-hidroxilação, produzindo distúrbios neurológicos e surdez nervosa. A principal fonte de ácidos graxos metilados encontra-se no leite e nas gorduras animais, ricos em ácido fitânico, um derivado da clorofila.

22.3.1 Doenças do metabolismo lipídico

Clinicamente, existe um grande número de doenças relacionadas aos lipídios, tais como as esfingolipidoses e gangliosidoses (Farber, Niemann-Pick, Tay-Sachs, Fabry) que originam lipogranulomatoses incuráveis. Outras enfermidades de origem genética também são relevantes, tais como a adrenoleucodistrofia (acúmulo de ácidos graxos de cadeia longa; vide o filme “O óleo de Lorenzo”).

As doenças lipídicas de maior incidência populacional, entretanto, são as relacionadas ao metabolismo de ácidos graxos e colesterol, tais como a hipercolesterolemia, apobetalipoproteinemias, arterosclerose (formação de placas de ateroma), hipertrigliceridemias, dentre outras. Em processos inflamatórios, tem os leucotrienos papel fundamental no estabelecimento da asma; drogas anti-inflamatórias não esteroidais, como o isoprofeno, o acetaminofeno e a aspirina, agem no bloqueio da produção de prostaglandinas de efeito pirético (aumento da temperatura corporal), por inibição da PGH-sintase do ácido araquidônico, precursor daquelas.

22.3.1.1 Doenças do metabolismo de ácidos graxos

Cetoacidose diabética, comum no agravamento do diabetes mellitus, leva a uma hiperglicemia, cetonemia e cetonúria, devido à alta relação insulina/glicagon, com consequente ativação da \(\beta\)-oxidação mediada por AMPc. Neste caso, o paciente se apresenta com odor de acetona, por descarboxilação espontânea do acetoacetato em excesso.

O fígado gorduroso presente na cetoacidose se desenvolve a partir do excesso de ácidos gráxos que as células hepáticas não conseguem degradar. A grande produção de corpos cetônicos no diabetes tem origem na ausência de produção de insulina pelo organismo. A insulina inibe a gliconeogênese. Na sua ausência, fontes gliconeogênicas de oxalacetato são mobilizadas para produção de glicose, esgotando o ciclo de Krebs e desviando o acúmulo de acetil CoA para uma síntese excessiva de corpos cetônicos.

Conjuntamente, a insulina é necessária à síntese de malonil CoA. Em sua ausência, não se forma malonil CoA, mantendo o acetil CoA represado. Outras doenças do metabolismo de ácidos graxos constituem a pancreatite (deficiência da enzima lipase pancreática, responsável pela liberação de ácidos graxos do triacilglicerol), e deficiência de carnitina ou carnitina palmitoil transferase (levando a cãibras musculares durante o jejum e exercício, e morte em casos extremos).

ma variação da \(\beta\)-oxidação, a \(\alpha\)-oxidação de ácidos graxos metilados, de pouca importância no organismo humano, têm relevância clínica na doença de Refsum, uma deficiência das enzimas de \(\alpha\)-hidroxilação, produzindo distúrbios neurológicos e surdez nervosa. A principal fonte de ácidos graxos metilados encontra-se no leite e nas gorduras animais, ricos em ácido fitânico, um derivado da clorofila.

22.3.2 Produção animal

Um quadro comum do metabolismo de ácidos graxos animais de produção envolve a produção excessiva de corpos cetônicos. A cetose costuma acometer rebanho bovino e ovino até 6 semanas após o parto, acarretando uma perda acentuada da produção de leite. O nível de corpos cetônicos em ruminantes, normalmente em torno de 4mg/dl, chega a dobrar no estado hipoglicêmico da cetose. Até 10% de corpos cetônicos produzidos são excretados pela urina e leite. Ovinos obtém 30% de sua energia de corpos cetônicos. Fígados gordurosos em aves reduzem 30% da produção de ovos, com taxa de mortalidade de até 2% ao mês. Alguns ácidos orgânicos produzidos pela fermentação ruminal interagem no metabolismo de ácidos graxos em poligástricos, como o ácido acético, um precursor de triglicérides do tecido adiposo, o ácido propiônico, de potencial glicogênico, e o ácido butírico, de caráter cetogênico.

A silagem possui alto teor de ácido butírico, aumentando a produção de corpos cetônicos. Em plantas, os triglicérides são a principal reserva energética em sementes. À excessão de frutos e sementes, a maior parte das espécies vegetais possuem pouco teor de gorduras. Isto se deve pelo fato de que as plantas não possuem as enzimas da \(\beta\)-oxidação em suas mitocôndrias, não sendo importante, portanto, a degradação de ácidos graxos como fonte energética nos vegetais. Os principais ácidos graxos vegetais são o oléico e linoléico (até 80%), e o ácido palmítico (10%). Em sementes, os ácidos graxos variam bastante (ácido mirístico em noz-moscada, e láurico em palmeira).

22.3.2.1 Gorduras para aves.

Além de seu aspecto energético propriamente dito, as gorduras possibilitam a absorção de vitaminas lipossolúveis, diminuem a pulvurulência e aumentam a palatabilidade das rações, melhoram a eficiência de utilização de energia consumida (devido ao menor incremento calórico do metabolismo dos lípides), além de reduzirem a velocidade de passagem da ingesta pelo trato gastrintestinal, o que possibilita melhor absorção de todos os nutrientes da dieta, melhorando a conversão alimentar. Pesquisas mostram que pintos de corte submetidos ao jejum até 48 h após o nascimento apresentam melhor digestibilidade de alimentos gordurosos quando lhes é fornecido óleo à ração. Além disso, a redução do nível protéico em rações, em substituição ao óleo tem permitido se verificar uma redução significativa nos quadros de estresse calórico em aves. Esse quadro ocorre devido a temperatura corporal elevada dos animais (42 0C), e ao fato dos mesmos não possuirem glândula sudorípara, tendo ainda o corpo coberto pelo isolante térmico das penas. Contribuindo para isto, alta densidade populacional durante a criação, e produção avícola industrial em países de temperatura e umidade elevada. Assim, a redução de proteína em relação à gordura na ração tem mostrado resultados, uma vez que a proteína é o nutriente que possui maior valor de incremento calórico (26 % de energia metabolizável de mantença, em comparação com lipídios – 9 % e glicídios – 17 %).

Suplementação dietética com vitaminas lipossolúveis, tais como vitamina E também foram reportadas elevar a concentração de tocoferol na gema e nos tecidos, reduzir a retenção corporal do mesmo, aumentar o peso corporal (5,5 g de peso a cada 25 mg de vitamina E), e elevar a retenção de nitrogênio no organismo de matrizes pesadas em picos de produção.

22.3.2.2 Biohidrogenação ruminal.

A composição de lipídios nas forragens, a qual varia de 2 a 4 % na matéria seca, consiste em grande parte em glicolipídios e fosfolipídios, e os ácidos graxos principais são os insaturados linolênico e linoléico. Em contraste, a composição dos lipídios nos óleos de sementes utilizadas nos concentrados é predominantemente de triglicerídios que contém ácido linoléico e ácido oléico. Quando consumido por ruminantes, o lipídio dietético sofre duas transformações importantes no rúmen. A transformação inicial é a hidrólise das cadeias de éster catalisada pelas lipases microbianas. O segundo passo é a transformação de ácidos graxos insaturados, essa denominada por biohidrogenação, realizada primariamente por bactérias ruminais.

A biohidrogenação envolve diversos passos bioquímicos, catalizados por diferentes cepas microbianas ruminais. Em conjunto, as bactérias se dividem no grupo que hidrogenam o ácido linoléico (poliinsaturado) a ácido elaídico (forma isomérica do oléico, monoinsaturado), e as que utilizam esse último como substrato principal para a síntese de ácido esteárico (saturado).

22.3.2.3 Uso de \(\beta\)-adrenérgicos na alimentação animal.

Um dos problemas que os produtores de bovinos enfrentam, é a produção de carcaças com altos conteúdos de gordura. Além da manipulação direta de nutrientes, muitas substâncias estruturalmente similares a catecolaminas que estimulam a glicólise a a lipólise no músculo, e com menor interferência no metabolismo protéico, vem sendo desenvolvidas para adminstração oral em bovinos, ovinos, e suínos.

Esses assim chamados \(\beta\)-adrenérgicos atuam em células efetoras através de receptores adrenérgicos de proteínas G. Assim, clenbuterol, cimaterol, isoprotenerol, sabutarol, ractopamine e análogos, fornecidos oralmente a 0,25 a 12 mg/kg de peso vivo animal, parecem surtir efeito no incremento de massa muscular, através da redução de degradação protéica concomitante à deposição de proteína, e elevação nos teores séricos de insulina.

No tecido adiposo, os \(\beta\)-adrenérgicos são parecem reduzir o teor de gordura da carcaça, através de mecanismos que envolvem a degradação de triacilglicerol concomitante à redução de síntese endógena de ácidos graxos, aumentando a liberação de ácidos graxos livres no plasma dos animais. Além disso, estímulo de glicagon e redução do número de receptores de insulina e de sua combinação hormonal também estão enumerados no mecanismo de ação destes compostos.

Não obstante, o uso de \(\beta\)-adrenérgicos é discordante na literatura com relação a ampla variedade de doses, tipo de animais e métodos de utilização. Contrariamente aos seus aparentes benefícios, há registros de menor tenrez, maior resistência ao corte, escurecimento e opacidade da carne de animais tratados com os análogos.

Como promotores de crescimento para animais domésticos, os agonistas \(\beta\)-adrenérgicos não estão licenciados para uso no Brasil, EUA e Comunidade Econômica Européia. Além disso, existem diversos casos de intoxicação humana reportados após o consumo de carne bovina de animais tratados. Em granja de frangos, os \(\beta\)-adrenérgicos não registraram benefícios justificáveis para o seu uso.

Síntese

Biossíntese

Conceito: via cíclica de produção de ácido graxo a partir de ligações sucessivas de acetil CoA;
Importância: produção de gorduras (triacilglicerol) utilizáveis pelo organismo para suprimento energético; 1. Localização: citosol;
Produção de ácidos graxos de cadeia ímpar: síntese de ácido propiônico: consumo de ATP, e vitaminas biotina e vit. B12;
Doença: acidúria metilmalônica (incapacidade de conversão de vit B12);
Lógica da via: ancoramento de precursor (acetato-C2, mais comum, ou propionato-C3) em proteína transportadora de grupos acila (ACP), transacilação (liberação de C2 ligado em outro sítio da proteína), síntese (montagem sequencial de C2-C2-C2-etc), e esterificação (liberação do ácido graxo); posteriormente, alongamento e dessaturação;
Transporte mitocondrial de acetil CoA: necessidade de condensação de acetil CoA e oxalacetato em citrato (citrato sintase), exportado para o citosol, e novamente reoxidado (citrato liase);
Primeira etapa: conversão de acetil CoA em malonil CoA por acetil CoA carboxilase, em presença de biotina;
Principal enzima: complexo multicatalítico da sintase dos ácidos graxos; nos procariontes, papel da ACP (domínio de fosfopanteteína);
Principais tecidos: fígado e glândulas mamárias (lactação);
Fontes: via das pentoses e oxidação de malato;
Regulação: adrenalina (-), citrato (+), insulina (+), jejum prolongado (-);
Síntese de triacilglicerol: produção de glicerol fosfato hepático ou adiposo a partir de diidroxiacetona fosfato, ou pela glicerol quinase (somente fígado); posteriormente, atividade da aciltransferase dos ácidos graxos;
Consumo de 2 NADPH por volta no ciclo

22.3.2.4 Degradação

Conceito: liberação sequencial de acetil CoA do ácido graxo;
Importância: síntese de grande quantidades de ATP;
Localização: mitocôndria (matriz) de tecido adiposo marrom;
Transporte mitocondrial (carnitina leva ácido graxo do citosol à matriz mitocondrial);
Rendimento de ATP: 1 acetil CoA, 1 FADH2 e 1 NADH por volta no ciclo; ex: palmitato, 16C, percorre 7 vezes a espiral até o último acetil CoA, produzindo 7 FADH2, 7 acetil CoA, 7 NADH, e 1 último acetil CoA. Como cada acetil CoA rende 12 ATPs no ciclo de Krebs, cada NADH rende 3 ATPs na cadeia respiratória, e cada FADH2 rende 2 ATPs na mesma cadeia, a oxidação do palmitato produz 7x3+7x2+8x12 ATPs. Total: 131 ATPs;
Lógica da via: liberação em espiral de acetil CoA;
Regulação: malonil CoA (-) e acetil CoA (-), lipase sensível a hormônio (+);
Vitaminas do ciclo: niacina (NAD) e riboflavina (FAD);

22.3.2.5 Corpos cetônicos

Conceito: formação de acetoacetato e hidroxibutirato a partir de acetil CoA em excesso; 1. Importância: podem migrar pelo sangue, podendo ser novamente re-sintetizados a acetil CoA e utilizados como combustíveis em tecidos musculares,cérebro e córtex adrenal; em excesso, causam acidose, podendo levar à morte;
Doenças: cetoacidose diabética (hiperglicemia, cetonemia e cetonúria, devido a alta relação glicagon/insulina, com consequente ativação da beta-oxidação mediada por AMPc); síndrome da morte súbita do lactente (quadro de hipoglicemia severa, por deficiência da acil CoA desidrogenase - 1a enzima da oxidação).