Em formação

Inibição da beta-oxidação por acetil- ou malonil-CoA


Qual molécula, em excesso, inibe a beta-oxidação?

uma. Acetil-CoA

b. Malonyl-CoA

A resposta a esta pergunta me parece discutível, pois acho que ambas estão corretas. Porém, segundo meu professor, apenas uma está correta - qual eu não conheço porque foi uma pergunta do exame final.

Acety-CoA pode inibir a tiolase, e malonil-CoA pode inibir CAT I (Carnitina-aciltransferase), os quais levam ao mesmo resultado - inibindo a beta-oxidação


Mamífero $ beta $-oxidação ocorre na mitocôndria, enquanto a biossíntese de ácidos graxos é citoplasmática.

  • O limitante da taxa de oxidação de ácidos graxos em mamíferos é considerado carnitina palmitoiltransferase (CAT), uma enzima chave no transporte de acetil-CoA através da membrana mitocondrial interna. Esta enzima é inibida por baixas concentrações micromolares de malonil-CoA (ver Beta oxidação de ácidos graxos por H. Schulz).

Malonyl-CoA, é claro, é um intermediário chave na biossíntese de ácidos graxos. Salih Wakil mostrou que CO2 é necessário para a biossíntese de ácidos graxos, mas os átomos de carbono do CO2 não aparecem em ácidos graxos, e sabe-se agora que isso se deve à formação de .malonil-CoA pela acetil-CoA carboxilase, a reação limitante da taxa de síntese de ácidos graxos.

  • Assim, quando a biossíntese de ácidos graxos está ocorrendo, a concentração de malonil-CoA é alta e CAT (e, portanto, $ beta $-oxidação) é inibida (Schulz, 1991).

No entanto, como o OP aponta, as concentrações micromolares de acetil-CoA inibem a 3-cetoaci-CoA tiolase quando a concentração de CoASH é baixa, e a razão Acetil-CoA / CoASH na mitocôndria também pode desempenhar um papel na regulação de beta -oxidação (Schulz, 1991).

Como diz o OP, é um ponto discutível, e me parece, um exemplo de questão mal formulada no exame. Acho que a resposta "esperada" é provavelmente malonil-CoA, e não há dúvida de que essa molécula desempenha um papel fundamental na regulação da oxidação de ácidos graxos e na biossíntese de ácidos graxos. No entanto, a inibição da tiolase pela Acetil-CoA também pode desempenhar um papel na regulação da beta-oxidação.

Talvez o seu professor seja um exemplo do tipo a que Warburg disse a Hans Krebs para se apegar? :-)


Regulação metabólica da apoptose no câncer

5.4 Ácidos Graxos

Compostos por uma cadeia de hidrocarbonetos com um ácido carboxílico em uma extremidade, os ácidos graxos desempenham um papel importante na regulação da apoptose. Uma vez que os ácidos graxos contribuem para a constituição da membrana plasmática nas células em divisão, a aquisição de ácidos graxos é crítica para a proliferação de células, como as células cancerosas. Em geral, as células adquirem ácidos graxos de fontes exógenas via captação mediada por CD36 e / ou lipogênese de novo envolvendo sintase de ácidos graxos (FASN) (Coburn et al., 2000 Febbraio et al., 1999 Glatz et al., 2010 Kuhajda, 2006 Menendez e Lupu, 2007). A via de síntese de novo dos ácidos graxos começa a partir do citrato produzido pelo ciclo de Krebs na mitocôndria (Fig. 6). Uma vez citosólico, o citrato é convertido em acetil-CoA pela ATP citrato liase. Duas moléculas de acetil-CoA são usadas para produzir uma molécula de malonil-CoA pela acetil-CoA carboxilase. O FASN catalisa a síntese do palmitato de ácido graxo saturado de cadeia longa a partir de acetil-CoA e malonil-CoA com o poder redutor de NADPH.

O acúmulo de evidências sugere fortemente que o FASN desempenha um papel fundamental no metabolismo do câncer (Currie et al., 2013 Menendez e Lupu, 2007). A regulação positiva da expressão de FASN foi relatada em vários tipos de câncer, incluindo mama, próstata, ovário, pulmão, melanoma e linfoma (Gelebart et al., 2012 Orita et al., 2008 Rahman et al., 2012 Ueda et al., 2010 Zecchin et al., 2010). Dada a dependência de tais células cancerosas em FASN para a produção de ácidos graxos, a inibição genética ou farmacológica de FASN tem se mostrado altamente eficaz para matar especificamente células cancerosas, mas não células normais, induzindo apoptose (De Schrijver et al., 2003 Kuhajda , 2006 Pizer et al., 1996 Zhou et al., 2003). Até o momento, vários inibidores de FASN foram desenvolvidos (por exemplo, cerulenina, C75 e orlistat) (Kridel et al., 2004 Kuhajda et al., 2000). No entanto, observou-se que, apesar de sua eficácia in vitro, cerulenina e C75 têm efeitos colaterais graves in vivo: anorexia e perda de peso corporal (Loftus et al., 2000). O efeito colateral parece ser explicado por um efeito neuronal que reduz o apetite, o que dificulta o uso dos inibidores em pacientes com câncer. Em um esforço para evitar o efeito adverso, a próxima geração de inibidores de FASN está sendo desenvolvida (Turrado et al., 2012).

Embora a atenuação da produção de ácido graxo seja claramente uma consequência importante do bloqueio de FASN, a toxicidade da inibição de FASN também pode ser mediada, em parte, pelo acúmulo de malonil-CoA (Bandyopadhyay et al., 2006 Pizer et al., 2000) . Como o FASN produz ácidos graxos catalisando a reação de condensação entre malonil-CoA e acetil-CoA, a inibição de FASN resultará no acúmulo desses substratos (Pizer et al., 2000) (Fig. 6). Curiosamente, o ácido 5- (tetradeciloxi) -2-furóico (TOFA), um inibidor da acetil-CoA carboxilase (ACC), também evita a produção de ácido graxo ao bloquear o ACC que catalisa a conversão de acetil-CoA em malonil-CoA (Fig. 6), mas não mostra a mesma citotoxicidade que os inibidores de FASN (Pizer et al., 2000). Digno de nota, enquanto os inibidores de FASN aumentam os níveis celulares de malonil-CoA, o TOFA não o faz e, em vez disso, reduz o nível de malonil-CoA (Pizer et al., 2000). Portanto, além da produção reduzida de ácidos graxos, a citotoxicidade dos inibidores de FASN também pode ser mediada por níveis elevados de malonil-CoA. Malonil-CoA pode funcionar como um inibidor fisiológico da enzima da membrana mitocondrial externa CPT-1, que catalisa a β-oxidação na mitocôndria (Bandyopadhyay et al., 2006). Por meio dessa via, o acúmulo de malonil-CoA aumenta o nível celular de ceramida, contribuindo em parte para a indução da apoptose (Bandyopadhyay et al., 2006).

Recentemente, foi descoberto que os inibidores de FASN induzem a ativação da caspase-2 pela regulação positiva de REDD1, um conhecido supressor da via mTOR induzível por hipóxia (Knowles et al., 2008 Yang et al., 2015). Como REDD1 é um inibidor da via mTOR, esse achado posiciona a caspase-2 a jusante da via mTOR (Fig. 14). Os inibidores de FASN induzem prontamente a expressão de REDD1 seguida pela ativação da caspase-2 em células de câncer de ovário sensíveis ao inibidor de FASN. No entanto, em células resistentes ao inibidor FASN, a expressão de REDD1 é atenuada e a ativação da caspase-2 é revogada (Yang et al., 2015). É importante ressaltar que a inibição farmacológica de mTOR pode sensibilizar as células resistentes à inibição de FASN (Yang et al., 2015), sugerindo a eficácia da terapia combinada com um inibidor de mTOR e um inibidor de FASN neste tipo de câncer.

Figura 14. A ativação da caspase-2 por inibidores de FASN é mediada pela via mTOR. Após a inibição de FASN, a proteína inibidora de mTOR REDD1 é induzida e estimula a ativação da caspase-2 e apoptose em células de câncer de ovário sensíveis a FASN. Por outro lado, em células de câncer de ovário resistentes a FASN, a indução de REDD1 é prejudicada. É importante ressaltar que o tratamento com inibidor de mTOR pode substituir a função de REDD1 e restaurar a sensibilização das células mediada pela caspase-2 à apoptose.

Embora muitas células cancerosas sejam "viciadas" em FASN para a produção de ácidos graxos, uma interferência entre FASN e o receptor tirosina quinase HER2 foi observada (Fig. 15). A superexpressão de HER2 é observada em 20 e 15% dos cânceres de mama e de ovário, respectivamente, e está associada a resultados clínicos ruins (Berchuck et al., 1990 Seshadri et al., 1993 Slamon et al., 1987, 1989 Tan et al., 2011). FASN regula positivamente HER2 expressão do oncogene (Menendez et al., 2004). Por outro lado, o HER2 fosforila e ativa diretamente o FASN, ao mesmo tempo que também promove FASN expressão gênica (Jin et al., 2010 Kumar-Sinha et al., 2003). Inibição farmacológica ou mediada por RNAi de atenuados de FASN HER2 expressão em células de câncer de mama (Menendez et al., 2004). Além disso, o co-tratamento com o inibidor HER2 trastuzumabe e cerulenina mostrou efeitos sinérgicos em causar morte celular apoptótica em células de câncer de mama HER2-positivas (Menendez et al., 2004 Vazquez-Martin et al., 2007). Se um crosstalk semelhante está presente entre FASN e outras oncoproteínas permanece indefinido.

Figura 15. Regulação da atividade e expressão de FASN por HER2. Em células cancerosas HER2-positivas, a superexpressão de HER2 aumenta FASN expressão através das vias PI3K / AKT e MEK / ERK. HER2 também fosforila diretamente e aumenta a atividade enzimática de FASN. FASN, por sua vez, regula positivamente HER2 expressão, estabelecendo assim uma alça autoregulatória. HER2 receptor 2 do fator de crescimento epidérmico humano, FASN ácido graxo sintase, ERK quinase 2 regulada por sinal extracelular.


Encefalopatias Metabólicas Perinatais

Defeitos de oxidação de ácidos graxos

Os distúrbios de oxidação de ácidos graxos envolvem várias enzimas na degradação de lipídios em ácidos graxos para acetil-CoA ou produção de corpos cetônicos. Estes incluem deficiência de carnitina palmitoil transferase II (CPT II), deficiência de proteína mitocondrial trifuncional (MTP), deficiência de malonil-CoA descarboxilase (MCD), deficiência múltipla de acil-CoA desidrogenase (MADD) e deficiências clássicas de acil-CoA desidrogenase (cadeia longa , ou LCAD de cadeia média ou MCAD de cadeia curta ou SCAD). Embora a maioria deles esteja presente além do período neonatal, vários têm apresentações distintas em neonatos, envolvendo o início rápido de uma encefalopatia metabólica fulminante com hipoglicemia, hiperamonemia, cetonúria baixa ou moderada e acidose metabólica. As características associadas incluem hepatomegalia, cardiomiopatia e miopatia. Pacientes com MCD e MADD têm disgenesia cortical com paquigiria, atrofia da substância branca e heterotopias da substância cinzenta. As características clínicas devem sugerir o diagnóstico, apoiado por carnitina plasmática total diminuída e intermediários de acilcarnitina plasmática elevados. O diagnóstico definitivo baseia-se na medição da atividade enzimática e na análise da sequência genômica. O tratamento envolve medidas de suporte, administração de glicose, suplementação de carnitina e modificação dos horários de alimentação para minimizar os estados de jejum. O resultado a longo prazo depende da frequência e gravidade da descompensação.

A deficiência de MTP se apresenta predominantemente em neonatos, com rápido início de consciência deprimida, insuficiência cardíaca, hipotonia difusa e fraqueza com ausência de reflexos tendinosos, acidose láctica grave e morte na maioria dos pacientes como resultado de insuficiência cardíaca. O envolvimento multissistêmico pode incluir retinopatia, neuropatia periférica, miopatia, cardiomiopatia e doença hepática.

A deficiência de CPT II possui vários fenótipos que se apresentam em diferentes idades. A forma de início neonatal é a forma menos comum e mais grave e quase sempre é fatal. Bebês afetados apresentam lesões cerebrais e malformações detectadas no período pré-natal. Os sintomas neurológicos aparecem logo após o nascimento, incluindo convulsões, consciência deprimida, hipotonia com características miopáticas e cardiomiopatia levando a insuficiência circulatória. As características metabólicas são típicas de defeitos de oxidação de ácidos graxos. O manejo é de suporte e sintomático, mas ineficaz na maioria dos casos. O diagnóstico bioquímico definitivo é um prelúdio para o teste genético confirmatório.


Bioquímica de lipídios, lipoproteínas e membranas

Charles O. Rock,. John E. Cronan Jr., em New Comprehensive Biochemistry, 1996

6.3 Iniciação da biossíntese de ácidos graxos

Malonil-CoA é utilizado para a biossíntese de ácidos graxos apenas após sua conversão em malonil-ACP por malonil-CoA: ACP transacilase, o produto da fabD gene. FabD é uma proteína monomérica que aceita a porção malonil do malonil-CoA para formar um intermediário de enzima malonil-serina estável. O ataque nucleofílico a este éster pelo sulfidrila do ACP produz malonil-ACP, o principal elemento constituinte dos ácidos graxos. A sequência de FabD é conhecida e sua estrutura terciária foi resolvida.

Em contraste com as reações que produzem malonil-ACP, as reações em que o átomo de carbono de metila e o átomo de carbono adjacente (os dois últimos carbonos da cadeia de ácido graxo) são incorporados ao ácido graxo não são claras. Estudos de marcação isotópica demonstram que esses carbonos de "primer" são derivados de acetil-CoA produzida principalmente pela descarboxilação do piruvato. O acetil-CoA é um substrato para a 3-cetoacil-ACP sintase III e é incorporado diretamente nos primeiros quatro ácidos graxos de carbono (Fig. 5). O acetil-CoA também é convertido em acetil-ACP por uma atividade de transacilase e o acetil-ACP resultante pode servir como iniciador quando enzimas de condensação alternativas, como a 3-cetoacil-ACP sintase I, catalisam a condensação inicial. Por muitos anos, a atividade da acetil-CoA: ACP transacilase em E. coli foi considerada uma proteína discreta. No entanto, a reação acetil-CoA: ACP transacilase é catalisada pela sintase III, levantando a possibilidade de que a atividade da acetil transacilase medida em lisados ​​celulares represente uma reação parcial desta enzima de condensação. Acredita-se que o Malonil-ACP seja utilizado apenas nas etapas de alongamento da biossíntese de ácidos graxos. No entanto, ambas as 3-cetoacil-ACP sintases I e II são capazes de iniciar a síntese de ácidos graxos na ausência de um iniciador de acetil-ACP adicionado por meio de uma reação lateral, descarboxilação malonil-ACP para produzir acetil-ACP. Esta reação é facilmente demonstrada in vitro, mas seu papel na iniciação in vivo aguarda verificação experimental. A questão de saber se uma ou várias rotas são usadas para iniciar a síntese de ácidos graxos permanece uma questão em aberto. Embora a sintase III seja bem estudada, mutantes nulos não estão disponíveis. Uma acetil-CoA: ACP transacilase foi purificada, mas não há mutantes disponíveis e não está claro se esta enzima é realmente sintase III. Finalmente, as atividades malonil-ACP descarboxilase das 3-cetoacil-ACP sintases I e II envolvem os mesmos sítios ativos da sintase.

Fig. 5. Vias para o início da biossíntese de ácidos graxos. Existem três vias potenciais para a formação de acetoacetil-ACP em E. coli. Na primeira via (reações 2 e 3), malonil-ACP é formado pela transacilação de malonil-CoA com ACP catalisada pela malonil transacilase (fabD) 3-cetoacil-ACP sintase III (fabH) catalisa a condensação de acetil-CoA com malonil-ACP. Na segunda via (reações 2, 3 e 4), a porção acetato é transferida de acetil-CoA para acetil-ACP por acetil-CoA transacilase ou 3-cetoacil-ACP sintase III e, em seguida, o acetil-ACP é condensado com malonil- ACP pela 3-cetoacil-ACP sintase I (ou sintase II). A terceira via (reações 2 e 4) é a descarboxilação do malonil-ACP pela sintase I para formar acetil-ACP, que é subsequentemente condensado com malonil-ACP. Sintase I (fabB) é a única enzima de condensação necessária para o início da biossíntese de ácidos graxos pela terceira via. As enzimas são: (1) acetil-CoA carboxilase (2) malonil-CoA: ACP transacilase (3) 3-cetoacil-ACP sintase III (4) 3-cetoacil-ACP sintase I (5) ou 3-cetoacil-ACP sintase III ou acetil-CoA: ACP transacilase.


Biossíntese de ácidos graxos e colesterol (com diagrama)

Os ácidos graxos são sintetizados no fígado e no tecido adiposo. Eles também são sintetizados em outros tecidos, mas em pequena extensão. O ácido palmítico (16 C) é o único ácido graxo sintetizado no corpo humano, todos os outros ácidos graxos são derivados desse ácido graxo. O acetil-CoA serve como fonte de carbono para a síntese de ácidos graxos.

As etapas envolvidas na síntese de ácidos graxos são:

Formação de malonil-CoA a partir de acetil-CoA e bicarbonato:

Malonil-CoA é o composto que participa de cada ciclo da biossíntese de ácidos graxos e é sintetizado a partir da acetil-CoA. A enzima acetil-CoA carboxilase ou carboxicinase é uma enzima ligada à biotina que ocupa C02 e então o transfere para acetil-CoA formando malonil-CoA. Esta é a etapa comprometida na síntese de ácidos graxos, acetil-CoA carboxilase é uma enzima regulada. Uma célula em um estado de baixa energia não sintetiza ácidos graxos.

Em eucariotos, a síntese de ácidos graxos ocorre em um grande complexo enzimático multifuncional chamado ácido graxo sintase (FAS), formado a partir de uma única cadeia polipeptídica. Este complexo é organizado como um dímero com as duas unidades colocadas cabeça com cauda.

O FAS de mamífero consiste em dois polipeptídeos multifuncionais idênticos, nos quais três domínios catalíticos na seção & # 8216N-terminal & # 8217 - cetoacil sintase (KS), malonil / acetil-transferase (MAT) e desidrase (DH)) são separados por uma região central de 600 resíduos de quatro domínios & # 8216C-terminal & # 8217 - enoil redutase (ER), cetoacil redutase (KR), proteína transportadora de acila (ACP) e tioesterase (TE).

A ácido graxo sintase tem dois tipos de grupos sulfidrila ativos. Um é fornecido pelo grupo fosfopanteteína de uma proteína transportadora de acila (ACP). O outro grupo sulfidrila é fornecido por um resíduo de cisteína específico da enzima 3-cetoacil-ACP sintase. A crescente cadeia de ácidos graxos está sempre ligada ao grupo fosfopanteteína do ACP.

A primeira reação de síntese de ácidos graxos é a transferência das unidades de partida, acetil-CoA e malonil-CoA, da coenzima-A para a ACP. O acetil-CoA é transferido para o grupo -SH da cisteína e o malonil-CoA é transferido para o grupo -SH do ACP.

O novo ácido graxo é formado por condensação entre a acetil-S-Cys, contida na enzima 3-cetoacil sintase e a malonil-S-ACP para formar acetoacetil-S-ACP com o auxílio da mesma enzima 3-cetoacil sintase.

Como no caso da degradação dos ácidos graxos, sua síntese é realizada por meio de um ciclo de quatro reações. Cada um deles é essencialmente a reação oposta da via de degradação, mas não é simplesmente uma reversão usando os mesmos sistemas enzimáticos.

1. O acetoaceil-S-ACP sofre redução no grupo carbonil para formar 3-hidroxiacil-S-ACP. Esta reação é catalisada pela enzima 3-cetoacil-ACP redutase que usa o NADPH como doador de elétrons.

2. 3-hidroxiacil-S-ACP é desidratado pela 3-hidroxiacil-ACP desidratase para formar trans-∆ 2 -enoil-S-ACP.

3. A última reação do primeiro ciclo de síntese de ácidos graxos é a conversão de enoil-S-ACP em acil-S-ACP saturado pela ação da enzima enoil-ACP redutase que usa outro NADPH como doador de elétrons.

4. O grupo acil é agora transferido do grupo fosfopanteteína-SH para o grupo cisteína-SH, ou seja, ainda outro grupo ativo no mesmo complexo enzimático.Assim, o grupo fosfopantetaína-SH está agora livre para receber ainda outro malonil-CoA.

Ao longo dessas reações, a cadeia do ácido graxo permanece ligada ao ACP na sintase do ácido graxo. O ciclo prossegue por 7 voltas para render palmitoil-ACP, um acil-ACP com 16 átomos de carbono. A síntese de ácidos graxos pelo complexo FAS é interrompida após a adição de dezesseis carbonos (palmitato) e o alongamento posterior e a adição de ligações duplas são realizados por outros sistemas.

A ligação ACP é hidrolisada com a ajuda da enzima hidrolase, para liberar o ácido graxo livre que quase imediatamente reage com a coenzima-A para formar um acil-CoA na célula. Durante a síntese de ácidos graxos, o NADPH é utilizado como agente redutor, fornecido pela via do HMP. A representação esquemática das etapas envolvidas na biossíntese de um ácido graxo é fornecida abaixo.

Biossíntese de colesterol:

A dieta média fornece cerca de 0,3 gramas de colesterol / dia, mas mais de 1 grama de colesterol é sintetizado no corpo. O fígado é o principal local de síntese do colesterol. Outros órgãos são glândulas supra-renais, testículos, ovários, pele, tecido adiposo, músculos e cérebro.

As etapas envolvidas na síntese do colesterol são:

Duas moléculas de acetil-CoA combinam-se pela tiolase para formar acetoacetil-CoA que assume outro acetil-CoA formando HMG-CoA na presença da enzima HMG-CoA sintetase. HMG-CoA, então, sofre a etapa comprometida (etapa de limitação de taxa) catalisada pela HMG-CoA redutase para formar mevalonato, um composto de cinco carbonos.

O mevalonato é ativado em uma unidade de isopreno em uma série de etapas de reação. A unidade de isopreno então se multiplica exponencialmente para formar um geranil pirofosfato de 10 carbonos que por sua vez forma um farnesil pirofosfato de 15 carbonos e dois farnesil pirofosfatos combinados para formar um esqualeno de 30 carbonos. O esqualeno é posteriormente modificado para lanosterol e depois para desmosterol, finalmente formando o colesterol.

Regulação da biossíntese de colesterol:

A síntese de colesterol é regulada principalmente na etapa da HMG-CoA redutase. Sempre que houver excesso do colesterol do produto final e seu mevalonato intermediário, ocorre a inibição por feedback da redutase de HMG-CoA. A atividade desta enzima também é regulada por fosfo e shirilação (inativada) com glucagon e epinefrina e desfosforilação (ativada). Outros fatores que controlam a biossíntese do colesterol são a proteína transportadora de esterol e o colesterol contendo lipo e shiproteína plasmática.

A falha na regulação da biossíntese do colesterol é um dos fatores envolvidos no processo patológico da aterogênese, ou seja, a formação de colesterol e depósitos ricos em lipídios nas artérias e arteríolas. Esses depósitos podem limitar o fluxo sanguíneo e causar ataque cardíaco ou derrames, privando o tecido de um suprimento adequado de oxigênio.

Metabolismo dos ácidos biliares:

Funções dos ácidos biliares:

Os ácidos biliares são o ácido glicocólico, o ácido taurocólico e o ácido glicocenodesoxicólico. São bons agentes emulsionantes, convertem a gordura em gotículas de gordura e as expõem ao ambiente aquoso. Os sais biliares estabilizam as partículas menores, impedindo-as de coalescer.

Metabolismo de lipoproteína:

Transporte de lipídios para várias partes do corpo através do plasma sanguíneo:

Os lipídios são hidrofóbicos e, portanto, não podem passar livremente através do plasma sanguíneo, que é hidrofílico. Assim, eles se combinam com proteínas hidrofílicas, para formar lipoproteínas, a fim de serem transportadas pelo sangue para vários órgãos.

Vários tipos de lipoproteínas plasmáticas são:

(2) Lipoproteínas de densidade muito baixa (VLDL)

(3) Lipoproteínas de baixa densidade (LDL)

(4) Lipoproteínas de alta densidade e

(5) Complexo de ácidos graxos sem albumina.

Eles são de origem intestinal. O componente proteico dos quilomícrons é conhecido como apoproteína-B. A formação de quilomícrons no intestino ocorre continuamente. Durante o jejum, os quilomícrons carregam os lipídios derivados principalmente da bile e das secreções intestinais. A formação de quilomícrons aumenta após as refeições, especialmente após uma refeição rica em gordura, o plasma torna-se opalescente (leitoso) devido à alta concentração de quilomícrons.

Os quilomícrons são constituídos por cerca de dois por cento de proteína e 98% dos lipídios (principalmente TAG dos lipídios digeridos). Estes vão para o tecido adiposo, coração e músculo esquelético. A lipoproteína lipase ou & # 8216fator de limpeza & # 8217 uma enzima presente nas paredes capilares desses tecidos hidrolisa os lipídios dos quilomícrons e auxilia em sua deposição no tecido. Sua concentração normal no plasma é de 100-250 mg / 100 ml.

2. Lipoproteínas de densidade muito baixa:

Estes se originam do fígado. Eles carregam principalmente o TAG formado ou sintetizado no fígado. O teor de proteína é de 9% e de lipídios, de 91%. Eles vão para o tecido exra-hepático, incluindo o tecido adiposo, onde são hidrolisados ​​pela lipoproteína lipase. A concentração é de 130-200 mg / 100 ml de plasma.

3. Lipoproteínas de baixa densidade (LDL):

Estas são as lipoproteínas formadas a partir de quilomícrons e VLDL. A lipase da lipoproteína hidrolisa apenas o TAG dos quilomícrons e VLDL, deixando o colesterol e os fosfolipídios como tais. Esses restos então envolvem um pouco mais de proteína ao redor deles sendo convertidos em LDL. O LDL também é formado no fígado novamente.

O colesterol sintetizado no fígado é transportado pelo LDL. 50% do LDL é absorvido pelos tecidos extra-hepáticos como testículos, ovários, rins, fibroblastos, linfócitos e músculos lisos arteriais que contêm locais de ligação específicos para o LDL. Os restantes 50% são absorvidos pelo fígado. O teor de proteínas é de 21% e o de lipídios é de 79%. Sua concentração normal no plasma é de 210-400 mg / 100 ml.

4. Lipoproteínas de alta densidade:

Eles são de origem hepática e intestinal. Eles são compostos por 33% de proteínas e 67% de lipídios. Os lipídios são principalmente fosfolipídios e colesterol. O colesterol no HDL é esterificado por uma enzima lecitina-colesterol aciltransferase, que transfere um ácido graxo da lecitina para o colesterol para formar o éster do colesterol.

O colesteril éster de HDL é trans e shyferred para VLDL e LDL por uma proteína de transferência de colesteril éster. O HDL retira o colesterol do tecido e transporta-o para o fígado, prevenindo a aterosclerose. Portanto, eles também são conhecidos como eliminadores de colesterol. Sua concentração normal no plasma sanguíneo é de 50-130 mg / 100 ml. A proteína é apo-A & amp C.

Ácidos graxos livres - complexo de albumina:

Eles surgem no plasma a partir da lipólise do TAG no tecido adiposo ou como resultado da ação da lipase lipoproteica durante a captação do TAG plasmático dos quilomícrons e VLDL. Os ácidos graxos livres liberados combinam-se com a albumina para formar o complexo ácido graxo livre-albumina.

A sua concentração durante o estado de alimentação completa é de cerca de 0,02-0,03 micro equivalentes / ml de plasma sanguíneo, que aumenta para 0,5 durante o estado pós-absortivo e em jejum é de 0,7 a 0,8. No diabetes não controlado, é de 2 micro eq./ml. Cerca de 50% da albumina FFA é absorvida pelos tecidos extra-hepáticos, como coração e músculo esquelético.

Fígado gordo:

O acúmulo anormal de gorduras no fígado é conhecido como fígado gorduroso. O conteúdo lipídico do fígado é de 5% em condições normais. Um aumento no teor de lipídios do fígado para cerca de 25% a 30% leva a fígados gordurosos. Isso leva à interrupção das atividades normais do fígado, o que pode levar à icterícia.

Existem dois tipos de fígado gorduroso:

1. Fígados gordurosos fisiológicos:

Os fígados gordurosos fisiológicos surgem devido ao aumento da mobilização de ácidos graxos para o fígado, mais do que o fígado pode metabolizar. Conseqüentemente, leva ao acúmulo de gorduras no fígado, causando fígados gordurosos. As causas do fígado gordo fisiológico podem ser fome, diabetes, hipersecreção de hormônios como epinefrina, glucagon e GH, causando lipólise.

2. Fígados gordurosos patológicos:

Neste caso, os ácidos graxos podem estar chegando ao fígado em quantidades normais, mas o fígado não é capaz de produzir lipoproteínas para limpar os lipídios, o que novamente leva a fígados gordurosos.

A não produção de lipoproteínas pode ser devido a:

(i) Fígado defeituoso devido ao alcoolismo

(ii) Bloqueio metabólico na síntese de apoproteínas

(iii) Infecções do fígado

(iv) Deficiência de fatores lipotrópicos

Fatores lipotrópicos:

As substâncias que previnem ou aliviam o acúmulo anormal de lipídios no fígado são chamadas de fatores lipotrópicos ou fatores de eliminação de lipídios.

Os vários fatores lipotrópicos e sua ação são:

Serve de base para a síntese da fosfatidil colina (lecitina), necessária para a formação das lipoproteínas.

2. Betaína e metionina:

Fornece grupos metil para a síntese de colina no corpo.

3. Glicina e serina:

Servem como precursores para a síntese de colina.

4. Ácido fólico e vitamina B12:

Atua como coenzima para transferência de grupos metil na síntese de colina.

Um importante aminoácido das enzimas hepáticas para a síntese de colina. Outros fatores lipotrópicos são ácidos graxos essenciais, piridoxina, inosina, vitamina E e selênio.

Metabolismo do tecido adiposo:

O tecido adiposo é o tecido subcutâneo que tem como função principal o armazenamento de gorduras. As gorduras são armazenadas no tecido adiposo como gotículas de gordura de triacilglicerol & # 8217s em grandes vacúolos. Em condições normais, os triacilgliceróis do tecido adiposo são decompostos em glicerol e ácidos graxos livres.

O glicerol assim obtido passa através da circulação para o fígado para posterior oxidação. Os ácidos graxos livres são esterificados em 3-fosfoglicerato, obtido da glicólise no tecido adiposo para formar triacilglicerol & # 8217s. Este é um processo contínuo no tecido adiposo e ocorre mesmo em condições normais, ou seja, em condições de boa alimentação.

O glicerol obtido da quebra do TAG não pode ser reutilizado para a ressíntese do TAG, portanto se difunde na circulação. Apenas o 3-fosfoglicerato da glicólise pode ser utilizado para a ressíntese de TAG. Este é um mecanismo bem desenvolvido para diferenciar entre uma condição bem alimentada e uma condição de fome.

Durante a condição bem alimentada, a glicose estará facilmente disponível para o tecido adiposo, desse modo a glicólise estará operando continuamente e, portanto, há um fornecimento contínuo de 3-fosfoglicerato para a reesterificação dos ácidos graxos livres. Mas, durante o período de fome, há deficiência de glicose, portanto, haverá deficiência na disponibilidade de 3-fosfoglicerato, resultando em não esterificação de FFA que, portanto, se difunde no sangue e se combina com a albumina para formar o & # 8216FFA-albumina & # 8217 complexo. Este, por sua vez, é transportado para vários órgãos para utilização.

Quando novamente o sujeito estiver bem alimentado, haverá fácil disponibilidade de glicose, o que causa reesterificação do FFA e, portanto, seu suprimento para os outros órgãos é interrompido. A relação da disponibilidade e timidez e indisponibilidade de glicose com o fornecimento e reesterificação de FFA é denominada como & # 8216 ciclo de glicose-ácido graxo & # 8217.

Tecido adiposo marrom:

É também um tecido subcutâneo e armazena uma quantidade de gordura em excesso do que o tecido adiposo. Este tecido tem uma cor marrom avermelhada, porque contém grandes quantidades de mitocôndrias e cada mitocôndria com um número extra de citocromos do que as mitocôndrias normais.

Como os citocromos são de cor marrom-avermelhada (devido ao anel de porfirina), o tecido adiposo tem cor marrom-avermelhada. Por isso é conhecido como tecido adiposo marrom e a mitocôndria presente nele é chamada de mitocôndria de gordura marrom. O principal objetivo desse tecido é a produção de calor.

No tecido adiposo marrom, o catabolismo do TAG dá origem a apenas um ATP e grande quantidade de calor. A produção de ATP é menor, mas a produção de calor é maior porque as mitocôndrias de gordura marrom contêm uma proteína chamada & # 8216termogenina & # 8217 que desacopla a fosforilação oxidativa. Dessa forma, o tecido adiposo marrom regula a temperatura corporal.

O tecido adiposo marrom é geralmente encontrado em recém-nascidos e crianças no pescoço e na parte posterior do tronco. Bebês e crianças geralmente apresentam uma camada muito fina de tecido adiposo subcutâneo, portanto não há restrição para a perda de calor ou não há isolamento para a prevenção da perda de calor. Conseqüentemente, a superprodução de calor pelo tecido adiposo marrom ajuda na regulação da temperatura corporal em crianças.

O tecido adiposo marrom é raramente encontrado em adultos. Esses adultos ou pessoas nunca podem se tornar obesos / gordos porque os carboidratos e gorduras extras ingeridos por esses indivíduos são utilizados pelo tecido adiposo marrom e, portanto, perdidos na forma de calor.


Discussão

O objetivo do presente estudo foi investigar os efeitos da inibição farmacológica de ACC2 em um modelo de diabetes mellitus em camundongo. Demonstramos que o inibidor ACC seletivo para isoforma-2, (S) -9c [27], tem propriedades de redução da glicose. (S) -9c inibe potentemente ACC2 recombinante, mas não ACC1. (S) -9c aumenta a oxidação de ácidos graxos no músculo esquelético de camundongo ex vivo. Tratamento de curto prazo de db/db ratos com (S) -9c diminui os níveis de malonil-CoA muscular e diminui o IMCL. Por fim, fornecemos evidências de que o tratamento subcrônico de db/db ratos por 70 dias com (S) -9c melhora a tolerância oral à glicose, aumenta a captação de FDG estimulada por insulina no músculo esquelético, reduz a HbA1c e glicose prandial e reduz os níveis plasmáticos de triacilglicerol.

Vários modelos de camundongos de deficiência de ACC2 são descritos na literatura científica. Todo o corpo Acc2camundongos nocauteados, inicialmente relatados por Abu-Elheiga e colegas de trabalho, apresentaram oxidação aumentada de ácidos graxos em todo o corpo, aumento do gasto de energia, redução da massa gorda e proteção contra obesidade induzida por dieta e resistência à insulina [14, 22, 23]. Enquanto essas (e outras) descobertas tornaram o ACC2 um alvo atraente para o fármaco contra a obesidade induzida por dieta e resistência à insulina, dois estudos recentes usando camundongos mutantes ACC2 gerados independentemente observaram fenótipos marcadamente diversos [15, 16]. Portanto, como uma abordagem alternativa para estudar as consequências da atividade diminuída do ACC2, pretendíamos inibir o ACC2 farmacologicamente. (S) -9c foi selecionado por causa de sua inibição altamente seletiva de ACC2 sobre ACC1 [27]. A seletividade relatada para ACC2 foi testada e confirmada em nossos próprios ensaios bioquímicos usando ACC1 e ACC2 humanos recombinantes. Como esperado a partir do mecanismo molecular, descobrimos (S) -9c para aumentar a oxidação de ácidos graxos musculares ex vivo. A CE50 do efeito foi de 226 nmol / l, um deslocamento esperado de aproximadamente quatro vezes em comparação com o IC bioquímico50. Perda genética de Acc2 também foi encontrado para aumentar a oxidação de ácidos graxos do músculo esquelético ex vivo [15, 22], concomitante com níveis reduzidos de malonil-CoA musculares [14, 15]. Em contraste, outros não observaram esses efeitos em seu modelo de camundongo mutante ACC2. As razões para a discrepância são desconhecidas, mas podem ser devidas à regulação negativa compensatória da atividade da malonil-CoA descarboxilase [16]. No entanto, no cenário agudo, como no presente estudo, nossos achados estão de acordo com o conceito de que a diminuição da atividade do ACC2 resulta em aumento da oxidação dos ácidos graxos nos tecidos periféricos.

A resistência à insulina relacionada à obesidade está associada à redução da oxidação de lipídios no músculo esquelético e ao aumento da deposição de lipídios intracelulares em humanos [1, 2]. Para ver se (S) -9c também seria ativo no cenário de resistência à insulina muscular induzida por obesidade, músculos EDL e sóleo de db/db camundongos e camundongos de controle do tipo selvagem foram usados. A oxidação de ácidos graxos musculares ex vivo foi semelhante entre db/db camundongos e camundongos controle na ausência de insulina. No entanto, quando a insulina foi adicionada ao meio de incubação, a oxidação de ácidos graxos foi maior no músculo de db/db camundongos em comparação com o músculo controle, provavelmente por causa da falta de inibição da oxidação de ácidos graxos mediada pela insulina em indivíduos resistentes à insulina db/db músculo. Esses dados estão de acordo com os achados de um estudo que mediu a calorimetria indireta na perna em voluntários humanos magros e obesos [36], no qual a oxidação da gordura nos tecidos das pernas humanas foi suprimida em indivíduos magros, mas não obesos, durante a infusão de insulina.

Tem sido sugerido que no diabetes tipo 2 e na obesidade, o músculo esquelético é inflexível na transição entre o uso de lipídios e carboidratos como combustível durante o jejum ou em resposta à insulina, como em condições pós-prandiais. Como resultado, a partição de lipídios entre a oxidação e o armazenamento é alterada [37]. Assim, nossas observações no músculo de db/db camundongos provavelmente refletem a inflexibilidade metabólica do músculo esquelético. A inflexibilidade metabólica tem sido associada ao acúmulo de IMCL e é considerada um aspecto importante da resistência à insulina do músculo esquelético na obesidade e no diabetes mellitus tipo 2. (S) -9c aumentou significativamente a oxidação de ácidos graxos no músculo EDL de db/db camundongos, indicando que a inibição de ACC2 também é funcional no aumento da oxidação de ácidos graxos no músculo esquelético de resistentes à insulina db/db camundongos. Não medimos o conteúdo de glicogênio no presente estudo. No entanto, com base em dados publicados de Acc2-desbloqueado o músculo cardíaco de camundongo e nossos próprios dados obtidos em ratos Zucker Diabetic Fatty (ZDF) usando outro inibidor ACC2 específico de isoforma (dados não mostrados) nenhum efeito sobre o conteúdo de glicogênio muscular é esperado.

Foi relatado que a exposição ao inibidor não seletivo ACC CP-640186 estimula a oxidação de ácidos graxos de corpo inteiro de ratos e causa reduções no conteúdo de gordura hepática, adiposa e do músculo esquelético e massa de gordura corporal total, e melhora a sensibilidade à insulina [17]. . O inibidor não seletivo ACC 4m estimulou a oxidação de gordura, como mostrado pela redução do quociente respiratório e redução dos níveis de triacilglicerol plasmático em um modelo de roedor de dislipidemia [18]. Soraphen, outro inibidor não seletivo de ACC, demonstrou melhorar a sensibilidade periférica à insulina em ratos alimentados com alto teor de gordura [38]. Por causa de nossas observações ex vivo, queríamos determinar se efeitos in vivo semelhantes poderiam ser observados com a inibição seletiva de ACC2. Para este fim, db/db camundongos foram tratados com (S) -9c. Como esperado, os níveis de malonil-CoA muscular já foram significativamente reduzidos 2 h após o tratamento. Isso está de acordo com os níveis de malonil-CoA musculares reduzidos relatados em modelos de camundongos mutantes ACC2 [14, 15]. As concentrações de IMCL já foram significativamente reduzidas após 3-4 dias de tratamento com (S) -9c. Isso indica que a inibição seletiva de ACC2 reduz os níveis de IMCL por meio do aumento da oxidação de ácidos graxos.

Para investigar se (S) -9c tem efeitos anti-obesidade e redução da glicose in vivo, db/db camundongos foram tratados por até 70 dias com 10 ou 30 mg / kg (S) -9c. O veículo e a pioglitazona serviram como tratamentos de controle. Embora o tratamento com pioglitazona tenha levado a um aumento esperado no peso corporal, não houve efeito de (S) -9c no desenvolvimento do peso corporal. Este achado está de acordo com estudos relatados recentemente usando modelos de camundongos ACC2 [15, 16], mas contrasta com o peso corporal reduzido de camundongos mutantes ACC2 relatado anteriormente [22]. Apesar da falta de efeito no peso corporal, os níveis plasmáticos de triacilglicerol foram reduzidos de forma dependente da dose em (S) Tratamento -9c. É importante ressaltar que o tratamento com (S) -9c teve efeitos de redução da glicose, reduzindo significativamente a HbA1c e concentrações de glicose prandial e melhorando a tolerância à glicose. Determinação da proteína GLUT4 do músculo esquelético e Glut4 (também conhecido como Slc2a4) o conteúdo de mRNA não revelou diferenças significativas entre os grupos de tratamento (dados não mostrados).

Avaliamos uma potencial sensibilização à insulina por (S) Tratamento -9c. Como um indicador da remoção de glicose estimulada por insulina para os tecidos, medimos a captação do análogo de glicose FDG no tecido adiposo e no músculo esquelético, os principais tecidos-alvo da pioglitazona e (S)-9c, respectivamente, após 56-60 dias de tratamento. A pioglitazona aumentou significativamente a captação de FDG apenas no tecido adiposo. Em contraste, (S)-O tratamento com 9c resultou no aumento da captação do traçador FDG no músculo esquelético apenas, sugerindo um efeito intensificado da insulina neste tecido. Em apoio a esses dados, encontramos um aumento significativo da sensibilidade à insulina conforme medido em testes de tolerância à insulina em ratos ZDF após 18 dias de tratamento com outro inibidor seletivo de ACC2 (dados não mostrados). Tomados em conjunto, esses dados indicam sensibilização à insulina por tratamento com inibidores seletivos de ACC2.

Em relação aos efeitos do tratamento com pioglitazona, os efeitos de (S) -9c tratamento em plasma triacilglicerol e HbA1c assim como a glicose prandial eram comparativamente menores. Em contraste com o tratamento com pioglitazona, no entanto, o tratamento com (S) -9c não afetou o triacilglicerol hepático e não resultou em aumento do peso corporal. Considerando os efeitos observados no músculo ex vivo, nossos dados suportam a hipótese de que o aumento da oxidação de ácidos graxos por meio da inibição de ACC2 nos tecidos musculares melhora a homeostase da glicose em todo o corpo. Se este efeito é apenas uma consequência da inibição de ACC2 no músculo esquelético ou se requer uma contribuição de outros tecidos, é necessário uma investigação mais aprofundada.

Em nosso estudo, não observamos quaisquer efeitos colaterais óbvios de (S) -9c, embora o composto racêmico 9c (referido como 5c em Gu et al [27]), bem como vários derivados, tenham sido relatados como causadores de efeitos centrais e cardíacos independentes de ACC2 em um modelo de rato. A falta de efeitos colaterais de (S)-9c em nosso estudo está de acordo com a observação publicada de que a atividade fora do alvo ocorreu em níveis plasmáticos maiores de & gt72 μg / ml [27], o que está claramente acima dos níveis observados no presente estudo. Publicações recentes demonstraram que, em comparação com ratos, ACC2 é expresso de forma mais ampla em humanos, por ex. no tecido adiposo [19, 39]. Podemos apenas especular sobre as consequências da inibição de ACC2 no tecido adiposo humano, e essa área requer mais investigação.

Tomando os resultados em conjunto, este estudo demonstra que (S) -9c, um inibidor ACC seletivo para isoforma-2, melhora a homeostase da glicose em db/db camundongos. Isso ocorre concomitantemente com níveis reduzidos de malonil-CoA muscular, oxidação aumentada de ácidos graxos musculares e concentrações reduzidas de IMCL.

Concluímos que a inibição seletiva de ACC2 melhora a homeostase da glicose in vivo em um modelo de camundongo de diabetes mellitus, fornecendo evidências adicionais para ACC2 como um alvo de droga para o tratamento de diabetes tipo 2.


Agradecimentos

Os autores pedem desculpas àqueles cujas publicações relacionadas aos temas discutidos não puderam ser citadas devido a limitações de espaço. Os autores gostariam de agradecer aos membros do laboratório Carracedo (N. Mart & # x000edn, V. Torrano, A. Zabala, A. Arruabarrena, P. Zu & # x000f1iga e S. Fern & # x000e1ndez) pela discussão perspicaz e comentários críticos . O trabalho da AC é apoiado pelo prêmio Ram & # x000f3n y Cajal (Ministério da Educação da Espanha), Departamento Basco de Indústria, Turismo e Comércio (Etortek), bolsa de reintegração Marie Curie (277043), Plano de Ação Global Movember, ISCIII (PI10 / 01484) e o Governo Basco da saúde (2012111086) e da educação (PI2012-03). O trabalho de P.P.P. é financiado por doações do US National Cancer Institute (NCI). O trabalho de L.C.C. é financiado por doações dos Institutos Nacionais de Saúde dos EUA e do NCI.


Beta-oxidação de ácidos graxos

Os autores: Natasha Fillmore, Osama Abo Alrob e Gary D. Lopaschuk. Os autores são do Centro de Pesquisa Cardiovascular, Mazankowski Alberta Heart Institute University de Alberta, Edmonton, Canadá. DOI: 10.21748 / lipidlibrary.39187

Visão geral

A oxidação de ácidos graxos e beta é um processo de várias etapas pelo qual os ácidos graxos são decompostos por vários tecidos para produzir energia. Os ácidos graxos entram principalmente na célula por meio de transportadores de proteínas de ácidos graxos na superfície celular [1]. Os transportadores de ácido graxo incluem translocase de ácido graxo (FAT / CD36), proteínas de transporte de ácido graxo específicas de tecido (FATP) e proteína de ligação de ácido graxo ligada à membrana plasmática (FABPPM) [1]. Uma vez dentro da célula, um grupo CoA é adicionado ao ácido graxo pela acil-CoA sintase graxa (FACS), formando acil-CoA de cadeia longa. A conversão da carnitina palmitoiltransferase 1 (CPT1) da acil-CoA de cadeia longa em acilcarnitina de cadeia longa permite que a fração de ácido graxo seja transportada através da membrana mitocondrial interna via carnitina translocase (CAT), que troca acilcarnitinas de cadeia longa por carnitina. Uma membrana mitocondrial interna CPT2 converte então a acilcarnitina de cadeia longa em acil-CoA de cadeia longa. O acil-CoA de cadeia longa entra na via de ácido graxo e beta-oxidação, que resulta na produção de um acetil-CoA a partir de cada ciclo de ácido graxo e beta-oxidação. Este acetil-CoA então entra no ciclo do ácido tricarboxílico mitocondrial (TCA). O NADH e o FADH2 produzidos tanto pelo ácido graxo e pela beta-oxidação quanto pelo ciclo do TCA são usados ​​pela cadeia de transporte de elétrons para produzir ATP. Uma visão geral da oxidação de ácidos graxos é fornecida em figura 1.

figura 1. Visão geral da oxidação de ácidos graxos

A oxidação de ácidos graxos e beta é o processo pelo qual os ácidos graxos são decompostos para produzir energia. Os ácidos graxos entram principalmente na célula por meio de transportadores de proteínas de ácidos graxos na superfície celular. Uma vez dentro, o FACS adiciona um grupo CoA ao ácido graxo. O CPT1 então converte o acil-CoA de cadeia longa em acilcarnitina de cadeia longa. A porção de ácido graxo é transportada por CAT através da membrana mitocondrial interna. O CPT2 então converte a acilcarnitina de cadeia longa de volta em acil-CoA de cadeia longa. O acil-CoA de cadeia longa pode então entrar na via de ácido graxo e beta-oxidação, resultando na produção de um acetil-CoA a partir de cada ciclo de beta-oxidação. Este acetil-CoA então entra no ciclo do TCA. O NADH e o FADH2 produzidos pela oxidação beta e pelo ciclo do TCA são usados ​​pela cadeia de transporte de elétrons para produzir ATP.

Papel do fornecimento de ácidos graxos na regulação de ácidos graxos e beta-oxidação

Transporte de ácido graxo celular:

Tem havido um esforço considerável nos últimos anos para elucidar os mecanismos pelos quais os ácidos graxos são absorvidos pelas células, determinando particularmente se os ácidos graxos são transportados através da membrana celular por difusão simples ou se esse transporte é facilitado por proteínas associadas à membrana. Embora vários resultados apoiem ambos os métodos de transporte, acredita-se que o transporte por proteínas associadas à membrana seja o meio predominante de absorção de ácidos graxos nas células [2]. Várias proteínas de membrana que facilitam a absorção celular de ácidos graxos foram identificadas. Os transportadores de ácido graxo associados à membrana CD36 / FAT, FABPpm e FATPs diferem em seu peso molecular e grau de modificação pós-tradução [3]. Stremmel et al. relataram que os anticorpos dirigidos contra FABPpm de fígado de rato inibem a absorção de ácidos graxos pelos hepatócitos, adipócitos e cardiomiócitos em 50-75%. Este resultado sugere que uma porção significativa da captação de ácidos graxos é dependente do transporte mediado por proteínas em diferentes tipos de células [3].

Schaffer e Lodish descobriram o FATP pelo uso de uma estratégia de clonagem de expressão em adipócitos [4]. A expressão desta proteína de membrana integral de 63 kDa em uma linha de células de fibroblastos estável resultou em um aumento de 3-4 vezes no transporte de ácidos graxos de cadeia longa. A identificação deste primeiro FATP levou à descoberta de várias outras isoformas de FATP (FATP1-6) [4]. O FATP1 é predominantemente expresso nos músculos cardíacos e esqueléticos [5]. FATP2 e FATP5 são expressos principalmente no fígado, onde estão envolvidos no metabolismo lipídico hepático em associação com a acil-CoA sintetase. O FATP4 é essencial para a absorção dos lipídios da dieta e tem um papel crítico na estrutura e função normais da pele. Até o momento, FATP3 e FATP6 mostraram ter pouca ou nenhuma função de transporte de ácido graxo [5].

O papel da proteína de membrana CD36 / FAT na captação de ácidos graxos e na oxidação beta em mamíferos foi extensivamente estudado. CD36 / FAT é uma proteína de membrana de translocase de ácido graxo de 88 kDa expressa em proporção à taxa de oxidação de ácido graxo no tecido muscular (por exemplo, é expressa mais no coração do que no músculo esquelético) [2]. O CD36 / FAT está envolvido na angiogênese e inflamação, bem como no metabolismo lipídico. A transfecção de fibroblastos com CD36 / FAT resultou em aumento das taxas de captação de ácidos graxos [6]. Ao contrário do FATP, o CD36 / FAT tem a capacidade de translocar entre os endossomos intracelulares e a membrana plasmática das células, o que permite que o CD36 / FAT desempenhe um papel crítico na regulação da captação de ácidos graxos. A insulina e a contração muscular podem estimular a translocação de CD36 / FAT dos depósitos intracelulares para a membrana plasmática, o que leva a uma captação e beta-oxidação aumentadas de ácidos graxos. A ativação da FoxO1 pode levar à translocação de CD36 / FAT, que resulta em aumento da oxidação de ácidos graxos e beta, juntamente com o acúmulo de triacilglicerol [2]. Isso sugere um papel significativo da sinalização intracelular na função CD36 / FAT.

O mecanismo exato de indução da translocação de CD36 / FAT ainda é desconhecido. No entanto, presume-se que a ativação da proteína quinase ativada por AMP (AMPK) e o estado de energia das células musculares podem participar da resposta de translocação de CD36 / FAT [7]. Além disso, a estimulação da proteína quinase C (PKC) em cardiomiócitos induz a translocação de CD36 / FAT, indicando um possível papel do cálcio no processo de translocação [7]. Por outro lado, a inibição do receptor quinase de sinalização extracelular (ERK) pode bloquear a translocação de CD36 / FAT induzida pela contração muscular [7]. A modificação pós-tradução de CD36 / FAT por meio de ubiquitinação também pode regular os níveis de proteína intracelular de CD36 / FAT ao direcionar a proteína para degradação. Portanto, a insulina aumenta a disponibilidade de CD36 / FAT para translocação por inibição da ubiquitinação. No entanto, os ácidos graxos promovem a ubiquitinação, o que leva à degradação do CD36 / FAT [1].

Esterificação de ácidos graxos em acil-CoA:

Um ácido graxo deve ser convertido em acil-CoA graxo para que entre na mitocôndria e seja oxidado [1]. A enzima responsável pela esterificação de ácidos graxos em acil-CoA graxo de cadeia longa é a FACS. Para esta reação, FACS consome o equivalente a dois ATP. Outra enzima, a tioesterase citosólica (CTE), pode remover o CoA, convertendo o acil-CoA graxo de volta em um ácido graxo. O acil-CoA graxo pode ser convertido em acil carnitina, permitindo que seja transportado para a mitocôndria e entre em ácido graxo e beta-oxidação ou ser convertido em metabólitos lipídicos (triacilglicerol, diacilglicerol, ceramida, etc.).

A acetil-CoA carboxilase, malonil-CoA descarboxilase, eixo malonil-CoA:

A acetil-CoA carboxilase (ACC) é uma enzima central envolvida na oxidação de ácidos graxos e beta e na biossíntese de ácidos graxos. O ACC catalisa a carboxilação da acetil-CoA produzindo malonil-CoA, que pode ser usada pela ácido graxo sintase para a biossíntese de ácidos graxos [1]. Enquanto a malonil-CoA é usada como substrato para a biossíntese de ácidos graxos, a malonil-CoA também é um potente inibidor da captação mitocondrial de ácidos graxos secundária à inibição de CPT1 (Figura 2) [1]. Existem duas formas de ACC, uma isoforma 265 kDa ACC1, que é altamente expressa no fígado e tecido adiposo, e uma isoforma 280 kDa ACC2, que é mais específica para órgãos altamente metabólicos, como músculo esquelético e coração [1]. A AMPK desempenha um papel importante na regulação de ACC1 e ACC2 por fosforilação e inibição da atividade de ACC. Em situações de aumento da demanda energética, a AMPK é ativada, onde então fosforila e inativa ambas as isoformas de ACC (Figura 3) A inibição de ACC2 pode levar a um aumento na oxidação de ácidos graxos e beta, enquanto a biossíntese de ácidos graxos diminui quando ACC1 é inibida [1].

Figura 2. A via de oxidação do ácido graxo e beta

As quatro principais enzimas envolvidas na beta-oxidação são: acil-CoA desidrogenase, enoil-CoA hidratase, hidroxi acil-CoA desidrogenase e cetoacil-CoA tiolase. A acil-CoA desidrogenase cria uma ligação dupla entre o segundo e o terceiro carbonos a partir do grupo CoA no acil-CoA e, no processo, produz um FADH2. Em seguida, a enoil-CoA hidratase remove a ligação dupla recém-formada, no processo de adição de um grupo hidroxila ao terceiro carbono do grupo CoA e um hidrogênio no segundo carbono do grupo CoA. A hidroxiacil-CoA desidrogenase remove o hidrogênio no grupo hidroxila recém anexado e, no processo, produz um NADH. Na etapa final, a cetoacil-CoA tiolase anexa um grupo CoA ao terceiro carbono do grupo CoA, resultando na formação de duas moléculas, uma acetil-CoA e uma acil-CoA que é dois carbonos mais curta.

A regulação de longo prazo de ACC depende da regulação de sua expressão gênica. Vários fatores de transcrição podem regular a expressão do gene ACC, incluindo a proteína de ligação do elemento regulador de esterol (SREBP1a e SREBP1c) e a proteína de ligação do elemento de resposta a carboidratos (ChREBP) [8]. O SREBP é regulado pela insulina, que promove o retículo endoplasmático SREBP1c a ser clivado e translocado para o núcleo, levando à estimulação da expressão de ACC. Além disso, os fatores de transcrição do receptor ativado do proliferador de peroxissoma & coativador gama 1 (PGC-1) & alfa e & beta podem estimular a expressão de SREBP1a e SREBP1c, os quais têm um papel vital na lipogênese. A expressão de ChREBP pode ser induzida por altas concentrações de glicose, resultando na ativação de ChREBP promovendo a expressão de ACC1 e da sintase de ácidos graxos [8,9]. O fator respiratório nuclear 1 (NRF-1) é o principal modulador da expressão da proteína mitocondrial e da biogênese mitocondrial, ambas importantes para maior ácido graxo mitocondrial e capacidade de oxidação beta [10]. Por exemplo, Adam et al. mostraram que a superexpressão de NRF-1 resulta na inibição da atividade do promotor do gene ACC2 no coração de mamíferos, o que aumenta as taxas de ácido graxo mitocondrial e beta-oxidação, promovendo assim a capacidade energética intracelular geral [10].

A malonil-CoA descarboxilase (MCD) é a enzima responsável pela descarboxilação da malonil-CoA em acetil-CoA [1]. Geralmente, o nível de malonil-CoA diminui quando a atividade do MCD é aumentada, resultando em uma taxa elevada de oxidação de ácidos graxos. Foi relatado que as proteínas quinases que fosforilam e inibem a ACC podem ativar a MCD [1]. No entanto, o MCD parece ser regulado principalmente por meios de transcrição (discutidos posteriormente). Portanto, MCD e ACC parecem trabalhar em harmonia para regular o pool de malonil-CoA que pode inibir a CPT1 [1].

Carnitina palmitoil transferase mitocondrial (CPT):

A isoforma CPT, CPT1, reside na superfície interna da membrana mitocondrial externa e é um importante local de regulação da captação mitocondrial de ácidos graxos [1]. Como mencionado, o CPT1 é potentemente inibido pelo malonil-CoA, o produto do ACC que se liga ao lado citosólico do CPT1. Os mamíferos expressam três isoformas de CPT1, que são codificadas por genes diferentes. A isoforma do fígado (CPT1 e alfa), a isoforma do músculo (CPT1 e beta) e uma terceira isoforma de CPT1 (CPT1c), que é expressa principalmente no cérebro e testículos [9]. Mais especificamente, o coração expressa duas isoformas de CPT1, uma isoforma de 82 KDa (CPT1 e alfa) e a isoforma predominante de 88 KDa (CPT1 e beta) (que tem a maior sensibilidade à inibição de malonil-CoA). A insulina e o hormônio tireoidiano podem regular a sensibilidade de CPT1 e alfa no fígado, entretanto, a isoforma CPT1 e beta não é afetada [9]. Estudos anteriores relataram que os níveis de malonil-CoA são inversamente correlacionados com as taxas de ácido graxo e beta-oxidação [1]. Além disso, estudos em camundongos knockout para ACC2 sugerem dois pools de malonil-CoA celulares separados, malonil-CoA produzido por ACC1 (usado principalmente para lipogênese) e um pool citosólico de malonil-CoA produzido por ACC2 envolvido na regulação de CPT1 e ácido graxo e beta -oxidação [9].

Ácido graxo mitocondrial e beta-oxidação

A via de oxidação do ácido graxo e beta:

A oxidação de ácido graxo e beta é o processo de quebrar uma molécula de acil-CoA de cadeia longa em moléculas de acetil-CoA. O número de acetil-CoA produzidos depende do comprimento do carbono do ácido graxo sendo oxidado. Este processo envolve uma variedade de enzimas, com as quatro principais enzimas envolvidas no ácido graxo e beta-oxidação sendo, na ordem, acil-CoA desidrogenase, enoil-CoA hidratase, hidroxiacil-CoA desidrogenase e cetoacil-CoA tiolase (Figura 3) [11]. No final de cada ciclo de beta-oxidação, duas novas moléculas são formadas, uma acetil-CoA e uma acil-CoA que é dois carbonos mais curta. Além disso, durante a & beta-oxidação, NADH e FADH2 são formados. Um FADH2 é produzido durante a reação catalisada pela acil-CoA desidrogenase. Um NADH é produzido durante a reação catalisada pela hidroxiacil-CoA desidrogenase. O FADH2 e o NADH produzidos durante o processo de ácido graxo e beta-oxidação são usados ​​pela cadeia de transporte de elétrons para produzir ATP. Existem diferentes isoformas dessas enzimas de & beta-oxidação, que têm diferentes afinidades para diferentes comprimentos de cadeia de ácidos graxos. Por exemplo, existe uma acil-CoA desidrogenase de cadeia muito longa, uma acil-CoA desidrogenase de cadeia longa, uma acil-CoA desidrogenase de cadeia média e uma acil-CoA desidrogenase de cadeia curta. Curiosamente, as isoformas enoil-CoA hidratase, hidroxiacil-CoA desidrogenase e cetoacil-CoA específicas para ácidos graxos de cadeia longa formam um complexo enzimático na membrana mitocondrial interna.

Figura 3. Principais locais de regulação de ácidos graxos e beta-oxidação

A oxidação de ácidos graxos e beta é regulada em vários níveis. Esta figura mostra algumas das maneiras como a oxidação de ácido graxo e beta é regulada. 1A regulação pode ocorrer no nível de entrada do ácido graxo na célula. AMPK, PKC e PPAR & gama regulam positivamente a atividade de CD36 / FATP. 2. A regulação também ocorre por meio da regulação dos níveis de acetil-CoA e malonil-CoA. AMPK inibe ACC, resultando em níveis aumentados de acetil-CoA / níveis reduzidos de malonil-CoA e aumento da oxidação de ácidos graxos. Malonil-CoA inibe a oxidação de ácidos graxos ao inibir CPT1. 3. A regulação da transcrição também está envolvida na regulação da oxidação de ácidos graxos e beta. PGC-1 e alfa, um co-regulador do fator de transcrição, e o fator de transcrição PPAR e alfa agem no núcleo para aumentar a transcrição de genes mitocondriais, genes de utilização de ácidos graxos e outros fatores de transcrição.

Enzimas auxiliares são necessárias para a oxidação beta de ácidos graxos insaturados e ácidos graxos de cadeia ímpar. Os ácidos graxos de números ímpares são decompostos por & beta-oxidação em moléculas de acetil-CoA e propionil-CoA. Embora o propionil-CoA possa ser metabolizado por vias alternativas, ele é metabolizado principalmente na célula em succinil-CoA por três enzimas (propionil-CoA carboxilase, metilmalonil-CoA epimerase e metilmalonil-CoA mutase) [11-14]. Este succinil-CoA pode então entrar no ciclo do TCA. Comparados aos ácidos graxos pares, os ácidos graxos ímpares ocorrem raramente na natureza [15]. As duas enzimas auxiliares, enoil-CoA isomerase e 2,4-dienoil-CoA redutase, são necessárias para a oxidação completa dos ácidos graxos insaturados [11]. Durante o ciclo de oxidação beta em que o cis- a dupla ligação começa no terceiro carbono do acil-CoA, a primeira etapa envolve a isomerase da enoil-CoA isomerase antes que a enoil-CoA hidratase, e as outras duas enzimas, possam atuar sobre o acil-CoA. Uma ligação dupla em um carbono de número par requer ambas as enzimas auxiliares. Uma vez que a ligação dupla está no quarto carbono do acil-CoA no início de um ciclo de oxidação beta, ela começa a ser oxidada. Seguindo a ação da acil-CoA desidrogenase, a 2,4-dienoil CoA redutase atua na acil-CoA seguida pela enoil-CoA isomerase. A enoil-CoA hidratase atua então sobre o acil-CoA e o processo retoma sua ordem normal.

Controle alostérico de ácidos graxos e beta-oxidação:

A atividade das enzimas de ácidos graxos e beta-oxidação é afetada pelo nível dos produtos de suas reações [16]. Cada uma das enzimas de oxidação beta é inibida pelo intermediário acil-CoA graxo específico que ela produz [17]. Curiosamente, a 3-cetoacil-CoA também pode inibir a enoil-CoA hidratase e a acil-CoA desidrogenase [17]. & beta-Oxidação também pode ser regulada alostericamente pela razão de NADH / NAD + e nível de acetil-CoA / CoA. Um aumento nas relações NADH / NAD + ou acetil-CoA / CoA resulta na inibição dos ácidos graxos e beta-oxidação. Foi demonstrado que aumentos na razão acetil-CoA / CoA levam especificamente à inibição por feedback da tiolase cetoacil-CoA [16].

A oxidação de ácidos graxos e beta também pode ocorrer em peroxissomos. Em animais, acredita-se que os peroxissomos sejam importantes na quebra inicial de ácidos graxos de cadeia muito longa e ácidos graxos metil ramificados [11]. As enzimas envolvidas na oxidação dos ácidos graxos nos peroxissomos são diferentes das mitocôndrias. Uma diferença importante é a acil-CoA oxidase, a primeira enzima em peroxissomo e beta-oxidação, que transfere o hidrogênio para o oxigênio, produzindo H2O2 em vez de produzir FADH2. O H2O2 é decomposto em água pela catalase. É importante ressaltar que os intermediários graxos acil-CoA formados durante a beta-oxidação são os mesmos em peroxissomos e mitocôndrias. Os peroxissomos também contêm as enzimas necessárias para a alfa-oxidação, que são necessárias para a oxidação de alguns ácidos graxos com ramificações de metila.

Regulação da transcrição de ácidos graxos e beta-oxidação:

As proteínas envolvidas na oxidação de ácidos graxos e beta são reguladas por mecanismos transcricionais e pós-transcricionais. Existem vários fatores de transcrição que regulam a expressão dessas proteínas. Os receptores ativados por proliferadores de peroxissoma (PPARs) e um coativador de fator de transcrição PGC-1 e alfa são os reguladores transcricionais mais conhecidos da oxidação de ácidos graxos e beta [18]. Os PPARs e o receptor Retinoide X heterodimerizam e se ligam a promotores de genes contendo o elemento de resposta PPAR [18]. Exemplos de proteínas envolvidas em ácidos graxos e beta-oxidação que são regulados transcricionalmente pelos PPARs incluem FATP, acil-CoA sintetase (ACS), CD36 / FAT, MCD, CPT1, acil-CoA desidrogenase de cadeia longa (LCAD) e médio cadeia de acil-CoA desidrogenase (MCAD) [18]. O receptor e alfa relacionado ao estrogênio (ERR e alfa) também foi implicado na regulação da oxidação de ácidos graxos e beta, tendo sido demonstrado que também regula a transcrição do gene que codifica MCAD [18]. Ligantes que se ligam e modulam a atividade de PPAR & alfa, & delta e & gama incluem ácidos graxos [18].

Os genes regulados por cada um dos PPARs variam entre os tipos de tecido. Por exemplo, o músculo esquelético PPAR e delta, mas não PPAR e alfa, regula positivamente a expressão de CPT1 [19]. As isoformas PPAR também são expressas diferencialmente entre os tipos de tecido [18]. Enquanto a proteína PPAR & delta tende a ser expressa de forma ubíqua, PPAR & alfa é predominantemente expressa em tecidos altamente metabólicos (isto é, coração, músculo esquelético e fígado) e PPAR & gama é predominantemente expressa em tecidos como o tecido adiposo [18]. Até recentemente, não se acreditava que PPAR e gama desempenhassem um papel significativo na regulação da oxidação de ácidos graxos e beta. No entanto, estudos recentes de nocaute e superexpressão sugeriram que PPAR & gama podem ter um papel na regulação de ácidos graxos e beta-oxidação. A superexpressão de PPAR & gama no músculo cardíaco resulta em níveis aumentados de mRNA para proteínas de ácido graxo e beta-oxidação [20].

O coativador transcricional PGC-1 e alfa se liga e aumenta a atividade dos PPARs e ERR e alfa para regular a oxidação do ácido graxo e beta [21]. PGC-1 e alfa modula a atividade de uma série de fatores de transcrição que podem aumentar a expressão de proteínas envolvidas na oxidação de ácidos graxos e beta, no ciclo do TCA e na cadeia de transporte de elétrons. Por exemplo, o aumento da expressão da proteína PGC-1 e alfa induz biogênese mitocondrial maciça no músculo esquelético [21].

PGC-1 e alfa é regulado tanto no nível do gene quanto da proteína. A AMPK aumenta a atividade da proteína PGC-1 e alfa pré-existente por meio de dois mecanismos propostos. A primeira é a fosforilação de PGC-1 e alfa em resíduos de treonina e serina, resultando em um aumento geral da atividade de PGC-1 e alfa [22]. AMPK também pode aumentar a atividade de PGC-1 e alfa ao ativar a sirtuína 1 (SIRT1). SIRT1 pode então desacetilar PGC-1 e alfa, aumentando sua atividade [22]. Acredita-se que a AMPK aumenta os níveis de mRNA de PGC-1 e alfa regulando a ligação de fatores de transcrição a sequências específicas localizadas no promotor do gene PGC-1 e alfa que incluem dois sítios MEF, um sítio de elemento de resposta cAMP (CRE) e a região GATA / Ebox [22]. A AMPK regula os sítios MEF por fosforilação de GEF, uma proteína que pode mediar o movimento de MEF2 no núcleo [22]. AMPK pode aumentar a ligação ao sítio CRE por fosforilação da proteína de ligação ao elemento de resposta a cAMP (CREB) 1 e outros membros da família CREB que se ligam às regiões promotoras de CRE [22]. Como outro exemplo, os ácidos graxos livres também podem regular a expressão da proteína PGC-1 e alfa. Por exemplo, uma dieta rica em gordura pode elevar os níveis de PGC-1 e alfa no músculo esquelético de ratos [23].

Conclusões

A oxidação de ácidos graxos e beta é a principal via metabólica responsável pela quebra mitocondrial de acil-CoA de cadeia longa em acetil-CoA. Esse processo envolve muitas etapas que são reguladas no nível transcricional e pós-transcricional. A regulação da transcrição envolve PPARs, SREBP1 e PGC-1 e alfa, enquanto o nível pós-transcricional envolve principalmente o controle alostérico de ácidos graxos e beta e ndashoxidação, bem como a regulação de ACC, MCD e CPT. Ambos os mecanismos funcionam em harmonia para garantir um suprimento contínuo de acil-CoA de cadeia longa para a oxidação beta e produtos da oxidação beta para a produção de energia mitocondrial.

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Reconhecimentos: GDL é um cientista da Alberta Heritage Foundation for Medical Research


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Acetil-CoA carboxilase é uma enzima dependente de biotina que catalisa a carboxilação irreversível de acetil-CoA para produzir malonil-CoA. Malonyl-CoA inibe a etapa de limitação de taxa em beta-oxidação de ácidos graxos. Malonil-CoA inibe a associação de ácidos graxos com carnitina, regulando a enzima carnitina aciltransferase.

A suplementação de biotina inibiria a oxidação beta e ajudaria no alongamento da cadeia na biossíntese de ácidos graxos.

Tenho argumentado que o aumento da beta-oxidação que resulta do aumento da ingestão de polifenóis pode levar a dificuldades na esquizofrenia. Dadas as funções duplas de malonil-CoA na inibição da beta-oxidação e auxiliando no alongamento do ácido graxo, se houver beta-oxidação excessiva, pode haver dificuldades no alongamento do ácido graxo. A biotina suplementar diminuiria a beta-oxidação e aumentaria o alongamento do ácido graxo, o que levaria à direção certa. A biotina não seria suplementada ao mesmo tempo que o ácido pantotênico, pois o ácido pantotênico é um inibidor competitivo de transporte de biotina.