Metabolismo de Lípidos

Introdução

• Lípidos da dieta:
  • Formas densa de armazenamento de energia
  • Fornecem ácidos gordos essenciais
  • Essencial na absorção de vitaminas lipossolúveis
  • Formados principalmente por triacilgliceróis e colesterol
  • Pode ser encontrado em 2 formas à temperatura ambiente:
    • Gorduras: sólidos, ácidos gordos (AG) mais saturados
    • Óleos: líquidos, ácidos gordos mais insaturados
• Fontes de lípidos:
  • Lípidos da dieta
  • Síntese no fígado
• O metabolismo lipídico é rigidamente regulado:
  • Distúrbios no metabolismo resultam em dislipidemia
  • Amplas repercussões na saúde

Revisão da estrutura dos lípidos

• Triacilglicerol (TAG):
  • Esqueleto de glicerol: uma cadeia de 3 carbonos com cada carbono ligado a um grupo álcool
  • Ácidos gordos: uma cadeia de hidrocarboneto com um grupo carboxil numa extremidade
  • Cada carbono no esqueleto de carbono liga-se à extremidade carboxil de uma cadeia de ácido gordo através de uma ligação éster.
• Fosfolípidos:
  • Esqueleto de glicerol + 2 AG + grupo fosfato
  • Moléculas adicionais também se ligam ao grupo fosfato (por exemplo, colina)
• Colesterol:
  • Esteróis: consistem em 4 anéis de hidrocarboneto adjacentes
  • Ésteres de colesterol (forma de armazenamento de colesterol): colesterol + 1 AG

Digestão de Lípidos

Os lípidos são decompostos e “empacotados” em micelas (agregados esféricos, lipofílicos internamente e hidrofílicos externamente) e são rapidamente absorvidos pelas membranas dos enterócitos.

Digestão enzimática

• As lipases são enzimas-chave que decompõem os triglicerídeos (via hidrólise):
  • Lipase lingual (das glândulas salivares, ativada pelo ácido no estômago)
  • Lipase gástrica (das células principais)
  • Lipase pancreática (do pâncreas exócrino, a mais importante)
• Esta digestão começa na boca com a lipase lingual, mas a maior parte do processo ocorre no intestino delgado.
• Outras enzimas digestivas:
  • Fosfolípidos: ligações éster são hidrolizadas pela fosfolipase A₂
  • Ésteres de colesterol: as ligações éster são hidrolizadas pela hidrolase de éster de colesterol
• A digestão ocorre até que estes lípidos sejam decompostos em AGs (ou outras moléculas lipídicas pequenas) que podem ser absorvidos pelo intestino.
• Também necessário para a digestão de lípidos:
  • Sais biliares para emulsificação (formam gotículas de gordura mais pequenas, permitindo que as lipases hidrossolúveis tenham maior área de superfície para digerir os lípidos)
  • Colipases: coenzimas necessárias das lipases

Micelas

Enquanto os lípidos são decompostos, estes (bem como os componentes da bílis) arranjam-se em estruturas denominadas micelas.

• As micelas são gotículas esféricas pequenas:
  • A porção interior é lipofílica
  • A porção exterior é hidrofílica
  • Rodeadas por fosfolípidos da bílis
• Contêm todos os componentes lipossolúveis a ser absorvidos:
  • Ácidos gordos livres
  • Monoacilgricerídeos
  • Colesterol
  • Fosfolípidos
  • Vitaminas lipossolúveis: A, D, E e K
• Levam os componentes lipídicos até às paredes do enterócito para absorção

Absorção de Lípidos

Localização

• A maior parte da absorção ocorre no intestino delgado.
• Os ácidos gordos de cadeia curta podem ser absorvidos no estômago.

Ácidos gordos de cadeia longa

• Formam-se micelas mistas e aproximam-se da bordadura em escova dos enterócitos:
  • A alteração do pH degrada as micelas, libertando a sua “carga” (por exemplo, ácidos gordos de cadeia longa (AGCL), colesterol, etc.).
  • Os lípidos (na proximidade imediata dos enterócitos) podem então ser absorvidos.
• Os lípidos atravessam diretamente a membrana para entrar no citosol das células epiteliais.
• Ativação:
  • Ocorre no lado citosólico da membrana mitocondrial externa
  • A acetato coenzima A (acil-CoA) sintetase forma AGs ativados.
• Esterificação:
  • Ocorre no retículo endoplasmético (RE)
  • Os TAG são ressintetizados a partir dos ácidos gordos livres (AGL) via esterificação.
• No complexo de Golgi, as gorduras são organizadas como quilomícrons.
• Quilomícrons:
  • Estrutura: TAG (e algum colesterol) são filtrados com um filme de fosfolípidos e proteínas, formando gotículas pequenas (hidrofóbicas no interior, hidrofílicas no exterior)
  • Saem do enterócito no seu lado basolateral e entram na circulação linfática → ducto torácico → veia subclávia esquerda.

Ácidos gordos de cadeia curta (AGCC) a ácidos gordos de cadeia média (AGCM)

• No intestino delgado:
  • Os AGCC e os AGCM atravessam o enterócito sem assistência.
  • Absorvidos para a circulação venosa → veia porta hepática → fígado
• No intestino grosso (os AGCC usam o transportador SMCT1):
  • Cotransportador Na⁺/AGCC localizado na membrana apical
  • Usa o gradiente de sódio gerado pela bomba Na⁺/K⁺ basolateral
  • A bomba também assiste na absorção de água no intestino grosso

Transporte de Lípidos

Transporte

• Os lípidos são hidrofóbicos → requerem proteínas de transporte (lipoproteínas):
  • As lipoproteínas são estruturas esféricas anfipáticas complexas que conseguem viajar pelo sangue enquanto transportam lípidos.
  • Estrutura: consiste num núcleo hidrofóbico e um envelope hidrofílico de lípidos variados
  • 5 tipos de lipoproteínas (com base no conteúdo lipídico interno e nas apolipoproteínas no revestimento):
    • Quilomícrons: transportam lípidos da dieta
    • VLDLs: transportam triglicerídeos.
    • LDLs: trabsportam colesterol.
    • HDLs: transportam fosfolípidos e colesterol
• Os ácidos gordos livres (AGLs) são transportados pela albumina:
  • A albumina tem aproximadamente 7 sítios de ligação para AGs.
  • A albumina pode facilitar a captação de ácidos gordos em órgãos que necessitam de ácidos gordos livres.

Lipoproteínas e sua composição

Síntese de Lípidos (Lipogénese)

A lipogénese é o processo de sintetização de novos lípidos. Ocorre primariamente no fígado, mas também no resto do corpo.

Síntese de ácidos gordos

A síntese de AG ocorre no citosol via várias enzimas que estão contidas num único complexo denominado ácido gordo sintase.

No citoplasma:

• A Acetil-CoA carboxilase adiciona um grupo carboxil a alguns acetil-CoA → gerando malonil-CoA
  • O único passo da síntese de ácidos gordos que é regulado
  • A única enzima no processo que está separada da ácido gordo sintase

• Na ácido gordo sintase (complexo enzimático):
  • Etapa 1: as transciclases substituem a CoA na acetil-CoA e na malonil-CoA com proteínas carregadoras de acil (ACP, pela sigla em inglês)
    • A ácido gordo sintase contém um local de ligação para ACP, que mantém a molécula no lugar durante as reações subsequentes
  • Etapa 2: as enzimas sintase juntam os dois carbonos da acetil-ACP com os 3 carbonos da malonil-ACP
    • Liberta-se um CO₂ no processo → forma uma cadeia de 4 carbonos ligada à ACP
    • Esta molécula tem um grupo cetona no carbono 3
  • Etapa 3: uma enzima redutase reduz esta cetona a um grupo hidroxil (OH^–) (usa NADPH → NADP)
  • Etapa 4: uma enzima desidrase cataliza a remoção de água (o grupo OH^– do carbono 3 e um H⁺ adicional do carbono 2) → gera uma ligação dupla trans-2,3
  • Etapa 5: Uma enzima resutase reduz a ligação dupla a uma ligação simples (usa NADPH → NADP)
  • 2 unidades de carbono adicionais da malonil-ACP são adicionadas à cadeia em crescimento até que a cadeia tenha 16 carbonos (palmitoil-ACP)
  • A tioesterase cliva a ACP da palmitoil-ACP → gera ácido palmítico (fim da síntese no citoplasma)
• Os AG são inicialmente sintetizados na forma saturada

No retículo endoplasmático:

• Elongação além dos 16 carbonos:
  • Catalizada pelas enzimas elongases (não fazem parte do complexo)
  • A malonil-CoA é usada para adicionar 2 carbonos de cada vez à cadeia em crescimento
• Dessaturação:
  • Catalizada pelas enzimas dessaturase (que são nomeadas de acordo com a localização das ligações duplas que criam)
  • Os humanos têm dessaturases Δ5, Δ6 e Δ9 → AG com ligações duplas além de Δ9 (por exemplo, ácido linoleico [Δ9,12]) são considerados ácidos gordos essenciais e devem ser obtidos a partir da dieta

Síntese de triacilglicerol e glicerofosfolípidos

As aciltransferases juntam ácidos gordos livres (AGL) a um esqueleto de glicerol criando ligações éster para produzir tanto TAGs como glicerofosfolípidos. Estas reações resultam na perda de uma molécula de H₂O.

Via comum:

• Tanto os TAGs como os glicerofosfolípidos começam com um glicerol-3-fosfato
• Glicerol-3-fosfato + AG₁ → ácido lisofosfatídico
  • Catalizado pela aciltransferase 1
  • O AG₁ normalmente é saturado
• Ácido lisofosfatídico + AG₂ → ácido fosfatídico
  • Catalizado pela aciltransferase 2
  • O AG₂ normalmente é insaturado
• O ácido fosfatídiso é então metabolizado para formar TGAs e fosfolípidos

Para formar um TAG:

• O HPO₄^3- é removido do ácido fosfatídico pela fosfatase → deixa uma molécula diacilglicerol (DAG) (glicerol com 2 AG ligadas por ligações éster)
• DAG + AG₃ → TAG
  • Catalizada pela aciltransferase 3
  • TAG = uma gordura ou óleo

Para formar um glicerofosfolípido:

• Dois mecanismos gerais diferentes:
  • Ambos envolvem a criação de intermediários de alta energia
  • A energia nestes intermediários é usada para catalizar a adição de um único grupo R
• Mecanismo 1:
  • O ácido fosfatídico é ativado pela citidina trifosfato (CTP, pela sigla em inglês) → a citidina monofosfato (CMP, pela sigla em inglês) é libertada e substituída pelo grupo R
  • Por exemplo, ácido fosfatídico + CTP → citidina difosfato (CDP, pela sigla em inglês)-DAG, que reage com inositol → forma fosfatidilinositol + CMP
• Mecanismo 2:
  • O grupo R é ativado pelo ATP e CTP, e depois adicionado ao DAG
  • Por exemplo, etanolamida + ATP → fosforiletanolamida + ADP → adição de CTP → CDP-etanolamida + PP_i → adição de DAG → fosfatidiletanolamida + CMP

Síntese de esfingolípidos

• Os esfingolípidos são compostos por:
  • Esfingosina
  • 1 ácido gordo
  • 1 grupo R
• Geração de um esqueleto de ceramida:
  • Serina + palmitoil-CoA → diidroesfingosina
  • É adicionado um ácido gordo à diidroesfingosina → geração de um esqueleto de ceramida
• Muitas moléculas podem ligar-se à ceramida, produzindo moléculas com diferentes funções:
  • Esfingomielina:
    • Ceramida + um grupo fosfato + colina
    • Encontrada nas bainhas de mielina das células nervosas
  • Cerebrosídeos:
    • Ceramida + monossacarídeos (um açúcar simples)
    • Componentes importantes das membranas das células nervosas
  • Gangliosídeos:
    • Ceramida + carboidrato complexo
    • Papel importante na modulação das proteínas de membrana, canais iónicos e sinalização celular

Síntese de colesterol

• 3 moléculas de acetil-CoA são juntas para formar 3-hidroxi-3-metil-glutaril-CoA (HMG-CoA)
• HMG-CoA redutase:
  • Converte HMG-CoA em mevalonato
  • Etapa limitante da taxa de síntese do colesterol
  • A HMG-CoA redutase é a enzima inibida pelas estatinas
• O mevalonato é convertido em isoprenos ativados (moléculas de 5 carbonos)
• Os isoprenos são combinados para formar a molécula de 20 carbonos esqualeno
• O esqualeno é enovelado numa estrutura de 4 anéis denominada lanosterol, que se assemelha ao colesterol
• Um processo dependente de energia converte o lanosterol em colesterol via múltiplas etapas enzimáticas adicionais

Decomposição de Lípidos (Lipólise)

A lipólise é o processo de decomposição de lípidos.

Lipólise de TAGs

Há uma lipase diferente para cada uma das três ligações éster num TAG. As lipases clivam os ácidos gordos adicionando uma molécula de H₂O à ligação éster (uma reação de hidrólise).

• A lipase hormono-sensível cliva o AG₁ → gera diacilglicerol (DAG) + AG₁ livre
  • Estimulada pela epinefrina (que também estimula a decomposição do glicogénio e a gluconeogénese)
  • Inibida pela insulina
• A DAG lipase cliva o AG₂ → gera monoacilglicerol (MAG) + AG₂ livre
• A MAG lipase cliva o AG₃ → gera glicerol + AG₃ livre

Estas lipases são encontradas nos adipócitos e nos lisossomas.

Beta-oxidação de ácidos gordos

• A β-oxidaçao de ácidos gordos é o processo através do qual cada AG é decomposto para produzir energia.
• Ocorre nas mitocôndrias e nos peroxissomas das células alvo
• Gera mais ATP por carbono do que os açúcares.
• Visão geral do processo:
  • Ativação via adição de coenzima A (CoA) → gera ácido gordo acil-CoA
  • Transporte para a mitocôndria (os AG de cadeia longa precisam de carnitina)
  • Uma desidrogenase remove as moléculas de hidrogénio dos carbonos 2 e 3 (os carbonos α e β, respetivamente), criando uma ligação dupla trans-2,3
    • FAD + 2H⁺ (removidos pela desidrogenase) → FADH₂ (usado para gerar ATP)
  • Uma hidratase adiciona água à ligação dupla, criando um grupo -OH no carbono 3
  • Outra desidrogenase remove hidrogénios do grupo -OH e do carbono 3 (oxidação do carbono β), criando uma cetona no carbono 3
    • NAD⁺ + 2H⁺ (removidos pela desidrogenase) → NADH (usado para gerar ATP) + 1H⁺
  • As enzimas tiolase clivam os primeiros 2 carbonos (um acetil-CoA) e adicionam um novo CoA à cadeia restante (que agora é 2 carbonos mais curta do que a original)
• Nota: cada palmitoil CoA (cadeia de ácidos gordos de 16 carbonos) produz/usa:
  • 2 ATP usados para ativação
  • 7 FADH₂ → 10,5 ATP (1,5 ATP por FADH₂)
  • 7 NADH → 17,5 ATP (2,5 ATP por NADH)
  • 8 acetil-CoA → 80 ATP (via ciclo do ácido cítrico)
  • Total: 108 ATP (ganho: 106 ATP)

Relevância Clínica

• Hipercolesterolemia familiar: causada por uma mutação numa das várias enzimas críticas envolvidas na decomposição do LDL, causando a sua acumulação no plasma. Resulta numa predisposição para o estabelecimento precoce de doença cardiovascular aterosclerótica.
• Doença gorda hepática não alcoólica: causada por acumulação de lípidos (triacilgliceróis) no fígado. Se a acumulação for crónica, causando inflamação, desenvolve-se esteato-hepatite não alcoólica.
• Hiperquilomicronemia: elevação significativa dos triglicerídeos e dos quilomicra devido a uma mutação autossómica recessiva na lipase de lipoproteína. A apresentação pode ser com xantomas, hepatoesplenomegalia, dor abdominal recorrente e pancreatite.