Engenharia Biomédica 07/08 2º Ano - 2º Semestre IST/FML Mendes,J.; Sousa e Silva,M.; Machado,M.; Santos,P. Lípidos simples e Complexos Metabolismo e Endocrinologia.

Apresentação em tema: "Engenharia Biomédica 07/08 2º Ano - 2º Semestre IST/FML Mendes,J.; Sousa e Silva,M.; Machado,M.; Santos,P. Lípidos simples e Complexos Metabolismo e Endocrinologia."— Transcrição da apresentação:

1 Engenharia Biomédica 07/08 2º Ano - 2º Semestre IST/FML Mendes,J.; Sousa e Silva,M.; Machado,M.; Santos,P. Lípidos simples e Complexos Metabolismo e Endocrinologia

2 Lípidos são um grupo de compostos quimicamente diversos e com funções diversas mas com uma característica em comum, a sua insolubilidade em água e solubilidade em compostos orgânicos. Lípidos simples : Originam por hidrólise um álcool e um ou mais ácidos gordos. Lípidos complexos: Originam por hidrólise não apenas um álcool e ácidos gordos, mas também ácido fosfórico, oses, etc. LÍPIDOS SIMPLES E COMPLEXOS

3 ÁCIDOS GORDOS Os ácidos gordos apresentam normalmente número par de átomos de carbono Alguns ácidos gordos podem apresentar anéis de carbono, grupos hidroxilo ou ligações a grupos metilo A sua oxidação celular é altamente exergónica

4 ÁCIDOS GORDOS

5 A cadeia de hidrocarbonetos presente nos ácidos gordos pode ser de dois tipos: Saturada – sem ligações duplas; – encontram-se no estado sólido à temperatura ambiente(ex: manteigas); Insaturada – com uma ou mais ligações duplas; – encontram-se no estado liquido à temperatura ambiente(ex: óleos);

6

7 ÁCIDOS GORDOS Hidrogenação – dá origem a um produto mais saturado, mais longo e mais resistente à oxidação As ligações duplas são portadoras de uma pequena carga negativa, o que faz com que estas aceitem facilmente átomos de Hidrogénio carregados positivamente, dando assim origem a ácidos gordos saturados

8 ÁCIDOS GORDOS As ligações duplas existentes na cadeia de hidrocarbonetos pode ser de dois tipos: cis – os átomos de Hidrogénio encontram-se no mesmo lado da ligação dupla (tipo de ligação mais comum)‏ trans – átomos de Hidrogénio em lados opostos da ligação dupla

9 Estrutura e grupos funcionais dos ácidos gordos

10 Exemplos Ácidos gordos ciclicos Acetilenos

11 Exemplos Com grupo MetiloCom grupo funcional O

12 ÁCIDOS GORDOS Ácidos gordos essenciais – não são sintetizados pelos mamíferos e são indispensáveis na dieta alimentar. Estes são precursores de um grupo de ácidos gordos insaturados com actividade biológica hormonal ou reguladora(prostaglandinas); Exemplo: ácido α-linolénico (18:3) e ácido linoleico(18:2)‏ O número Ómega(ω) indica a primeira ligação dupla do ácido gordo a contar do grupo metilo. Ómega-3 – ácidos gordos poliinsaturados com a primeira ligação dupla em C 3 Ómega-6 – ácidos gordos poliinsaturados com a primeira ligação dupla em C 6

13

14 TRIGLICÉRIDOS (TRIACILGLICEROIS)‏ TRI – Três ACIL – cadeia de carbonos GLICEROL – composto de glicerol

15 Poucos ácidos gordos aparecem livres na comida e no corpo humano. Na sua maioria, encontram-se inseridos em triglicéridos. Triglicéridos – são compostos por uma molécula de glicerol ligada a três ácidos gordos, sendo esta a forma habitual da gordura e principal forma de armazenamento de energia e isolamento térmico; Glicerol – álcool composto por uma cadeia de três átomos de carbono; TRIGLICÉRIDOS

16 Na formação de um triglicérido, três ácidos gordos ligam-se a um glicerol numa reacção de condensação. Por cada ligação glicerol – ácido gordo, é removida uma molécula de água e são criadas ligações O – C respectivamente. TRIGLICÉRIDOS

17 Simples – compostos por três ácidos gordos iguais; – são nomeados segundo o ácido gordo pelo qual são compostos; Mistos – compostos por pelo menos dois ácidos gordos diferentes; – na sua nomenclatura deve-se especificar a posição e o nome de cada ácido gordo que os constitui; TRIGLICÉRIDOS

18 Estrutura espacial de um triacilglicerol em solução aquosa: 120º

19 TRIGLICÉRIDOS

20 SÍNTESE Regulação da síntese realizada através de hormonas, dependendo da necessidade de consumo de triglicéridos; Síntese é realizada no fígado; São armazenados em tecido adiposo; Cerca de 75% dos ácidos gordos libertados na corrente sanguínea pelo tecido adiposo, são “reciclados” no fígado;

21 TRIGLICÉRIDOS

22 Animais como os ursos polares, utilizam os triglicéridos para sobreviverem a longos períodos de jejum.

23 Glicerofosfolípidos e Esfingolípidos

24 Glicerofosfolípidos e Esfingolípidos -lípidos estruturais presentes na membrana plasmática (bicamada fosfolipidica que actua como barreira à passagem de moléculas polares e iões)‏ - anfipáticos - parte hidrofóbica (cauda) e parte hidrofílica (cabeça)‏ - Nos glicerofosfolípidos e em alguns esfingolípidos a cabeça polar liga-se a uma parte hidrofóbica por ligação fosfodiéster formando os fosfolípidos

25 Glicerofosfolípidos glicerofosfolípidos = fosfoglicéridos derivados do ácido fosfatídico

26 Glicerofosfolípidos Tipos comuns:

27 Esfingolípidos

28 derivados da esfingosina (amina alcoólica)‏ Têm uma cabeça polar e duas caudas apolares mas não contêm glicerol

29 Esfingolípidos Três subclasses: -Esfingomielinas -Glicoesfingolípidos -Gangliosidos Todas derivam da ceramida mas variam no grupo da cabeça

30 Esfingolípidos

31 Esfingomielinas: - presentes na membrana plasmática das células animais e na bainha de mielina

32 Esfingolípidos Glicoesfingolípidos: - mais presentes na face exterior da membrana plasmática - exemplo: cerebrósidos e globosidos

33 Esfingolípidos Cerebrósido : - têm um único açúcar ligado à ceramida: -galactose -glucose

34 Esfingolípidos Globosidos : - têm dois ou mais açucares, normalmente D-glucose, D- galactose ou N-acetil-D-galactosamina

35 Esfingolípidos Gangliosidos : - Na terminação contêm um ou mais resíduos de ácido siálico (Neu5Ac) que é o que lhes confere carga a pH=7, distinguindo- os dos globosidos

36 Esfingolípidos GQ4 GT3 GD2 GM (M de mono-)‏1 GrupoNº de resíduos de Neu5Ac

37 Esfingolípidos Exemplos de funções: - As cadeias de hidrocarbonetos de um certo esfingolípido definem os diferente tipos de grupos sanguíneos e por isso determinam que os indivíduos podem receber de forma segura em transfusões sanguíneas. - Os gangliosidos estão concentrados na parte exterior das membranas plasmática, actuando como pontos de reconhecimento para moléculas extracelulares ou superfícies de células vizinhas.

38 Esteróis

39 Servem como precursores de uma variedade de produtos com actividades biológicas específicas; Lípidos estruturais presentes nas membranas da maioria das células eucariotas Estrutura básica comum (ciclopentanoperidrofenantreno)‏ 4 aneis - 3 com 6 C (A,B,C)‏ - 1 com 5 C (D)‏ Conformação espacial dos aneis:

40 Esteróis Exemplos: Colesterol; Testosterona; Progesterona; Estradiol; Vitamina D.

41 Colesterol Maior esterol no tecido animal; Molécula anfipática; Percursor de hormonas esteroides (ex. testosterona, progesterona, etc.)‏

42 Colesterol Funções: Constituinte das membranas celulares; Reduz a permeabilidade da membrana plasmática aos iões de hidrogénio e sódio; Regula a fluidez da membrana em diversas faixas de temperatura; Ajuda na produção da bílis; Importante para o metabolismo das vitaminas A, D, E e K.

43 Testosterona Funções: Hormona sexual masculina que controla o crescimento e desenvolvimento dos orgãos reprodutores masculinos e das características sexuais secundárias;

44 Progesterona e estradiol Progesterona: Hormona sexual feminina que actua na preparação do endometrio do útero para a implantação do óvulo fecundado; Estradiol: estimula a ovulação; afecta a produção de várias proteínas no fígado.

45 Vitamina D Funções: Permite a correcta calcificação e formação óssea; Pode ser produzida pelo organismo desde que haja incidência de luz solar neste, partindo-se de provitamina D encontrada no alimento.

46 Ácidos Biliares derivados polares do colesterol que actuam como detergentes no intestino, promovendo a emulsificação das gorduras para as tornar mais acessíveis às lipases digestivas combinados com os ácidos gordos e colesterol permitem a passagem das moléculas pequenas através das células do intestino; Exemplos: ácido glicocólico, ácido taurocólico;

47 Eicosanóides

48 Substâncias com 20 átomos de carbono derivadas de ácidos gordos essenciais; Hormonas parácrinas que actuam apenas nas células perto do local da sua síntese; São produzidas pela maioria das células, excepto hemácias; Mediadores da resposta inflamatória;

49 Eicosanoides São sintetizados a partir de ácidos gordos essenciais (ácido linoleico, araquidónico e alfa-linoléico); Ácido Linoleico Ácido Araquidónico Prostaglandinas; Tromboxanos; Leucotrienos origina

50 Prostaglandinas - nomenclatura: PGF 1  Tipo de anel (família)‏ Número de ligas duplas na cadeia linear (série)‏ Posição de - OH em C9

51 Eicosanoides Subdividem-se em 3 classes: - Prostaglandinas; - Tromboxanos; - Leucotrienos.

52 Prostaglandinas Funções: Controle da pressão arterial; Estimulação da contracção da musculatura lisa; Indução da resposta inflamatória; Inibição da agregação de plaquetas.

53 Tromboxanos A PGH2 originará tromboxana (TXA2) através da tromboxana sintase que está presente nas plaquetas e pulmão. A TXB2 é um metabólito da TXA2 sem acção biológica.

54 Tromboxanos Funções: Estimulação da contracção da musculatura lisa; Indução da agregação de plaquetas.

55 Leucotrienos Funções: Estimulação da contração da musculatura lisa; Indução da resposta alérgica; Indução da resposta inflamatória.

56 Oxidação dos Ácidos Gordos

57 Oxidação dos Ácidos Gordos Motivação A maior parte da reserva energética do organismo encontra-se armazenada sob a forma de triacilglicerois. A oxidação dos ácidos gordos constitui a via central de obtenção de energia em muitos organismos e tecidos ( ex: fígado e músculo cardíaco). Como é que esta (oxidação) se processa?

58 A oxidação dos ácidos gordos pode ser “dividida” em três fases….

59 Pontos a focar: Local onde ocorre; Activação; Transporte; β -oxidação nos ácidos gordos com numero par de C na cadeia: - Cadeia saturada ; - Cadeia insaturada: - Monoinsaturada; - Polinsaturada; β -oxidação nos ácidos gordos com numero ímpar de C na cadeia; Balanço energético; Cetogénese ( síntese de corpos cetónicos ).

60 Onde ocorre? Nos animais ocorre esencialmente na matriz mitocondrial, podendo ocorrer também nos peroxissomas - não há necessidade do mecanismo de transporte ; - a degradação dos ácidos gordos aqui é incompleta - os produtos de oxidação seguem posteriormente para as mitocondrias ; - a oxidação do acil-CoA não é feita pelo FAD, mas pelo oxigénio, havendo produção de peróxido de hidrogénio; Nas plantas ocorre exclusivamente nos peroxissomas e nos glioxissomas (têm a particularidade de convertem lípidos em glícidos. Ocorre em menor escala);

61 Activação: Precede a oxidação; É absolutamente essencial que ocorra; Ocorre no citoplasma; Requer energia; Conversão do ácido gordo em Acil-CoA; A conversão é catalizada por uma série de enzimas (acil-CoA sintetases e pirofosfatases inorgânicas); Ocorre em 2 fases.

62 Activação:

63 Transporte: Carnitina Os Os acilos-CoA formados A membrana interna da mitocondria é impermeável aos acilos-CoA. Para entrarem na mitocondria estes reagem com um aminoácido “especial” :

64 Transporte: - ester acil-carnitina (carnitina aciltransferase I); Importante na regulação da síntese e degradação dos ácidos gordos (inibida pelo malonil- CoA); - Difusão facilitada através de uma proteína de transporte; - Acil-CoA (carnitina aciltransferase II)‏ - Note que neste processo não existe transporte de CoA para dentro da mitocondria: as reservas citoplasmática e mitocondrial de CoA não se misturam.

65 β -oxidação: β -oxidação nos ácidos gordos com numero par de C na cadeia (saturada): - O acilcoenzima A pode então agora entrar na via da β - oxidação, que conduzirá a um novo acil-CoA com menos 2 átomos de Carbono que o anterior - A degradação de um acil-CoA processa-se numa sequência repetida de 4 reacções.

66 β- oxidação: 1º Reacção: Reacção de oxidação catalizada por acil-CoA desidrogenase(VLCAD, MCAD,SCAD). Têm um grupo prostético FAD, que recebe electrões vindos do acil-CoA. A sua forma reduzida depois doa os electrões a um transportador de electrões da cadeia respiratória (ETF-electron-transferring flavoprotein)‏ Formação de α- β - trans-enoil-CoA; 2ºReacção: Reacção de hidratação catalizada por enoil-CoA-hidratase, formando-se β - hidroxiacil-CoA; N.B: a enzima enoil-CoA-hidratase só actua em ligações duplas trans.

67 β -oxidação: 3ºReacção: Reacção de desidrogenação, catalizada pela β -hidroxiacil-CoA-desidrogenase, com formação de β - cetoacil-CoA. Repare-se como é introduzido um oxigénio a nivel do carbono β a partir da molécula de água (reacções 2 e 3), decorrendo daí a designação de β -oxidação. 4ºReacção: Reacção de tiólise, catalizada pela acil-CoA acetiltransferase (tiolase), que promove a reacção do β - cetoacil-CoA com uma molécula livre de coenzima A, decorrendo daí entao a clivagem em 2 carbonos do acil-CoA inicial, agora com menos 2 carbonos, e a formação de acetlil- CoA;

68 β -oxidação A acilcoenzima A formada, com menos 2 átomos de carbono, entrará noutro ciclo de oxidação.

69 β -oxidação β -oxidação nos ácidos gordos com numero par de C na cadeia (monoinsaturada): A oxidação nessas circunstâncias requer uma enzima adicional, enoil-CoA isomerase, que repõe a ligação dupla α- β, havendo a conversão do isómero cis no isómero trans, esse sim um intermediário normal na β - oxidação (lembrar que na 2º reacção da β -oxidação, a enzima enoil-CoA hidratase só actua em ligações duplas trans). Exemplo: Oleico.

70 β -oxidação nos ácidos gordos com numero par de C na cadeia (polinsaturada): β -oxidação Ligações duplas em posições erradas e não têm a configuração certa (trans). A oxidação nessas circunstâncias requer uma segunda enzima auxiliar, para além da enoil-CoA-isomerase, a dienoil-CoA-redutase. A combinação dessas duas nesse exemplo permite converter o intermediário trans-∆ 2, cis ∆ 4 - dienoil- CoA no intermediário trans-2-enoil- CoA, esse sim substrato necessário para a β -oxidação. Exemplo: Linoleico.

71 β -oxidação β -oxidação nos ácidos gordos com numero ímpar de C na cadeia; Anemia perniciosa Precursor do hemo Intermediário Ciclo de Krebs Cobalamina (vitamina B 12 )‏

72 Balanço energético: Cada espira da Hélice da β - oxidação liberta FADH 2 e NADH, cuja reoxidação pelo sistema transportador de electrões liberta, respectivamente 1,5 e 2,5 moléculas de ATP. Assim sendo : 1 espira 4 ATP 1 acetil-CoA 10 ATP ( oxidação no ciclo de krebs)‏ 6*4 + 7*10 – 1 = 93 ATP Mirístico

73 Cetogénese: Consiste na síntese de corpos cetónicos. Causas: - Predominância da oxidação dos lípidos sobre o catabolismo Glúcidico ( [ácido oxaloacético] Acetil-CoA não podendo entrar no Ciclo de Krebs, é convertido em corpos cetónicos. - Regime alimentar exageradamente rico em lípidos; Ocorre no fígado e acumula-se no sangue (cetonemia) e urina (cetonuria); Uma vez transportados através do sangue para outros tecidos, são oxidados (Ciclo de Krebs), fornecendo energia ao cérebro, músculo cardíaco e córtex renal. -O cérebro por exemplo, quando não existe disponibilidade de glucose, adapta-se à utilização do ácido acetoacético como fonte de energia (jejum).

74 Trabalho elaborado por: João Mendes; Marta Sousa; Miguel Machado; Pedro Santos;

75 Bibliografia: Lehninger’ Principles of Biochemistry, 4th Edition, David L. Nelson, Michael M. Cox, 2005, W.H. Freeman Co, New York; Entender a Bioquímica, 4 th Edition, Campos, Luis S., 2005,Escolar Editora,Lisboa; Color Atlas of Biochemistry, 2nd Edition, Jan Koolman, Klaus- Heinrich Roehm, 2005, Stuttgart, New York.