Metabolismo lipídico: β-oxidação, cetogênese e lipoproteínas
Em jejum, os ácidos graxos mobilizados do tecido adiposo só rendem energia depois de entrar na mitocôndria: os de cadeia longa precisam da lançadeira da carnitina, cuja primeira enzima (CPT1) é um ponto de regulação, e a β-oxidação os desmonta em acetil-CoA. Fora da célula, os lipídeos viajam em lipoproteínas: quilomícron e VLDL entregam triglicerídeos e a LPL os hidrolisa.
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Essential
- Quando a glicemia cai, os triglicerídeos do tecido adiposo são hidrolisados e os ácidos graxos livres são mobilizados no sangue; na célula, os ácidos graxos são ativados a ésteres de acil-CoA.
- Os ácidos graxos de cadeia média difundem livremente para a mitocôndria; os de cadeia longa, já ativados a acil-CoA, não conseguem e usam a lançadeira da carnitina.
- Na lançadeira, a carnitina palmitoiltransferase 1 (CPT1) troca o grupo CoA por carnitina e forma acilcarnitina.
- A translocase carnitina-acilcarnitina (CACT) importa a acilcarnitina para a mitocôndria em troca de uma carnitina livre, e a CPT2 reconverte a acilcarnitina em acil-CoA.
- Na matriz, o primeiro passo é a desidrogenação do acil-CoA por acil-CoA desidrogenases com especificidade de cadeia diferente.
- As etapas seguintes são hidratação, segunda desidrogenação e clivagem tiolítica, e dão uma molécula de acetil-CoA e um acil-CoA com dois carbonos a menos.
- O acetil-CoA entra no ciclo de Krebs para gerar equivalentes redutores e ATP, ou, no fígado, entra na via de síntese de corpos cetônicos.
Carnitina palmitoiltransferase 1 (CPT1), primeira enzima da lançadeira da carnitina; seguida pela translocase CACT e pela CPT2.
A esterificação com carnitina ocorre no citoplasma; a reconversão em acil-CoA ocorre dentro da mitocôndria.
- O acetil-CoA, produto da oxidação de ácidos graxos, é o substrato da cetogênese; em hepatócitos, ela ocorre nas mitocôndrias.
- Duas moléculas de acetil-CoA se condensam e formam acetoacetil-CoA, numa reação da acetoacetil-CoA tiolase.
- Um terceiro acetil-CoA é acrescentado e forma HMG-CoA, pela HMG-CoA sintase mitocondrial (HMGCS2), a enzima limitante de toda a via.
- A via segue com a HMG-CoA liase (HMGCL) e a β-hidroxibutirato desidrogenase 1 (BDH1), e os corpos cetônicos acetoacetato e β-hidroxibutirato são liberados na circulação e captados pelos tecidos extra-hepáticos por transportadores MCT.
- Nos tecidos extra-hepáticos (cetólise), a SCOT converte o acetoacetato em acetoacetil-CoA — a reação-chave que permite usar o corpo cetônico como substrato de energia — e a ACAT1 o cliva em dois acetil-CoA.
- O fígado é o único tecido que não expressa SCOT, o que evita o ciclo fútil de acetoacetato para HMG-CoA e vice-versa.
- No intestino, a gordura da dieta é metabolizada nas células intestinais em ácidos graxos, que são remontados com colesterol, fosfolipídeos e apoB48 e formam os quilomícrons.
- No fígado, muitos triglicerídeos são montados com colesterol, fosfolipídeos e apoB100 em VLDL; a proteína microssomal de transferência de triglicerídeos (MTP) tem papel-chave na montagem das duas partículas.
- Os quilomícrons chegam à circulação pela linfa e ali obtêm outras apolipoproteínas, entre elas apoC-II, apoC-III e apoE.
- Na superfície do lúmen capilar, a lipase de lipoproteínas (LPL) hidrolisa os triglicerídeos do núcleo do quilomícron e do VLDL em ácidos graxos.
- O quilomícron vira remanescente menor e rico em colesterol; o VLDL vira lipoproteína de densidade intermediária (IDL), catabolizada a LDL pela lipase hepática.
- O fígado depura os remanescentes por receptores (LDLR, LRP-1, SR-B1, HSPG); o LDL, pela ligação de apoB (e/ou apoE) ao receptor de LDL; partículas maiores, como remanescentes de quilomícron, pela apoE ao HSPG.
In the clinic
A ABCA1 transloca colesterol livre e fosfolipídeos da membrana celular para a apoA-I livre de lipídeos e a converte em uma partícula discoide.
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Going deeper
Acetil-CoA produzido pela β-oxidação dos ácidos graxos
Citrato → no fígado, o acetil-CoA derivado da β-oxidação costuma condensar-se com oxaloacetato e formar citrato, no ciclo de Krebs; Corpos cetônicos → quando a oxidação de ácidos graxos no fígado está aumentada ou o oxaloacetato está baixo (por gliconeogênese), sobra acetil-CoA, que serve de substrato para a cetogênese
A deficiência de MCAD (acil-CoA desidrogenase de cadeia média) é o distúrbio hereditário mais comum da β-oxidação: o defeito impede a etapa de desidrogenação da β-oxidação na mitocôndria e reduz a produção de acetil-CoA, requisito da cetogênese. O quadro é de hipoglicemia hipocetótica, que pode evoluir rapidamente para letargia, coma e morte.
Em condições normais, o paciente compensa a falta de energia da β-oxidação gastando as reservas de glicogênio; mas elas se esgotam rápido no estresse catabólico, durante doença e jejum prolongado.
Test yourself before moving on
Um ácido graxo de cadeia média livre e um acil-CoA de cadeia longa chegam ao citosol de uma célula. Como cada um alcança a matriz mitocondrial?
The answer stays in Assessment, with no spoiler here.
Answer in AssessmentSources (6)
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As blood glucose levels drop, triglycerides in adipose tissue are hydrolyzed and free fatty acids (FFAs) are mobilized in the blood stream and become available for other tissues
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After the transport of fatty acyl-CoA to hepatic mitochondria via carnitine palmitoyl transferase 1/2 (CPT1/2), β-oxidation-derived acetyl-CoA usually condenses with oxaloacetate (OAA) to form citrate.
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Fatty acid oxidation product, acetyl-CoA is the substrate for ketogenesis and the first step involves condensation of two molecules of acetyl-CoA to form acetoacetyl-CoA in the reaction catalyzed by acetoacetyl-CoA thiolase
- Zhang BH, Yin F, Qiao YN, Guo SD. Triglyceride and Triglyceride-Rich Lipoproteins in Atherosclerosis. Front Mol Biosci. 2022;9:909151.
Dietary fat is metabolized by intestinal cells into FAs, which are reassembled with cholesterol, phospholipids, and apoB48 to form CMs.
- Tosheska Trajkovska K, Topuzovska S. High-density lipoprotein metabolism and reverse cholesterol transport: strategies for raising HDL cholesterol. Anatol J Cardiol. 2017;18(2):149-154.
ABCA1 translocates both FC and PL from the cell membrane on the lipid-free apoA-I
- Mason E, Hindmarch CCT, Dunham-Snary KJ. Medium-chain Acyl-COA dehydrogenase deficiency: Pathogenesis, diagnosis, and treatment. Endocrinol Diabetes Metab. 2023;6(1):e385.
Medium-Chain Acyl-CoA Dehydrogenase Deficiency (MCADD) is the most common inherited metabolic disorder of β-oxidation.
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