16.5 Síntese de ácidos graxos

O metabolismo do etanol pela via do citocromo P 450 produz H2O2, um forte oxidante, capaz de gerar radicais livres, que causam dano a proteínas, lipídios e ácidos nucleicos. Ademais, esta via consome NADPH, que

participa da regeneração de glutationa (Seção 12.3), um importante antioxidante — o dano a macromoléculas é ampliado. As moléculas modificadas pelos mecanismos descritos induzem uma reação imune, que tem sido implicada na patogênese da doença hepática alcoólica. Os efeitos metabólicos do alcoolismo crônico são mal compreendidos, especialmente aqueles que induzem a dependência.

O consumo abusivo de álcool constitui um grave problema social e de saúde pública. Uma parcela significativa dos gastos totais com saúde é consumida pela assistência médica aos danos causados pelo alcoolismo − doenças crônicas, lesões traumáticas decorrentes de acidentes no trânsito, de agressões físicas etc. Além do mais, é responsável por um alto índice de óbitos. A ingestão de álcool durante a gravidez tem efeito deletério sobre o desenvolvimento do feto, particularmente do sistema nervoso central; é uma das principais causas determinantes de retardo mental e perda da visão em crianças.

16.5 Síntese de ácidos graxos

Para a síntese de ácidos graxos, a acetil-CoA tem de ser transportada para o

citosol

Nos seres humanos, a via de síntese de ácidos graxos inicia-se com acetil-CoA e produz ácido palmítico.

A síntese de ácidos graxos é sujeita a diversos mecanismos de controle

(Seção 20.7), mas ocorre, invariavelmente, quando a carga energética celular (razão ATP/ADP) é alta e a acetil-CoA disponível pode ser armazenada como gordura. Carboidratos e proteínas, os precursores dos ácidos graxos, são degradados a piruvato, que origina acetil-CoA pelo complexo piruvato desidrogenase e oxaloacetato pela piruvato carboxilase

(Figura 16.9). Estes dois compostos sofrem condensação, formando citrato, por ação da primeira enzima do ciclo de Krebs, a citrato sintase. Na condição considerada, o citrato não pode ser oxidado pelo ciclo de Krebs

em virtude da inibição da isocitrato desidrogenase (Seção 20.5) e sua concentração aumenta.

Figura 16.9 Esquema simplificado do acúmulo de citrato, quando o ciclo de Krebs encontra-se inibido. Os números referem-se às vias metabólicas e

enzimas envolvidas: (1) glicólise (Seção 9.2); (2) vias de oxidação de

alguns aminoácidos (Seção 17.2.2); (3) complexo piruvato desidrogenase

(Seção 9.2); (4) piruvato carboxilase (Seção 10.3); (5) citrato sintase (Seção

10.1).

A síntese de ácidos graxos ocorre no citosol e o substrato inicial da via, a acetil-CoA, é formada na mitocôndria, fundamentalmente a partir de piruvato. Como a membrana interna da mitocôndria é impermeável a acetil-CoA, os carbonos do grupo acetila são transportados sob a forma de citrato, acumulado na situação analisada.

O citrato é transportado para o citosol pela tricarboxilato translocase

(Figura 16.10), onde é cindido em oxaloacetato e acetil-CoA, à custa de ATP, em uma reação catalisada pela citrato liase:

O oxaloacetato é reduzido a malato pela malato desidrogenase citosólica, uma isoenzima da malato desidrogenase mitocondrial. O malato é substrato da enzima málica em uma reação que produz piruvato e NADPH:

O piruvato, através da piruvato translocase, retorna à mitocôndria, onde é convertido a oxaloacetato, por ação da piruvato carboxilase.

O resultado final desta sequência de reações é o transporte dos carbonos da acetil-CoA (sob a forma de citrato) da mitocôndria para o citosol com gasto de ATP, e produção de NADPH. Acetil-CoA e NADPH, ambos no citosol, podem ser utilizados para formar ácidos graxos. O NADPH constitui o agente redutor dessa síntese.

Figura 16.10 Transporte do grupo acetila da acetil-CoA, sob a forma de citrato, da mitocôndria para o citosol. As enzimas e as translocases (da membrana interna da mitocôndria) que participam do processo são: (1) citrato sintase, (2) tricarboxilato translocase, (3) citrato liase, (4) malato desidrogenase, (5) enzima málica, (6) piruvato translocase e (7) piruvato carboxilase. As setas tracejadas indicam transporte através de translocases.

A síntese de ácidos graxos tem acetil-CoA e malonil-CoA como doadores de

carbonos

A síntese de ácidos graxos consiste na união sequencial de unidades de dois carbonos: a primeira unidade é proveniente de acetil-CoA, e todas as subsequentes, de malonil-CoA.

A malonil-CoA é formada por carboxilação de acetil-CoA, em uma reação catalisada pela acetil-CoA carboxilase, que tem como grupo prostético a biotina. O mecanismo de ação da enzima é semelhante ao de outras carboxilases biotina-dependentes, como a piruvato carboxilase

(Seção 14.2) e a propionil-CoA carboxilase (Seção 16.2.2).

A acetil-CoA carboxilase de bactérias é composta por três subunidades distintas; a de vertebrados é uma enzima multifuncional (as três atividades catalíticas existem em domínios diferentes de um único polipeptídio) e em plantas, ocorrem as duas formas. Na maioria das plantas superiores, a enzima de cloroplastos é semelhante à de bactérias, com subunidades individualizadas, e a do citosol é multifuncional.

A forma ativa da acetil-CoA carboxilase em mamíferos e outros animais é um polímero filamentoso, resultante da associação de protômeros inativos. A formação de malonil-CoA constitui um ponto importante da

regulação do metabolismo de ácidos graxos (Seção 20.7).

A síntese de ácidos graxos é catalisada por um sistema enzimático denominado sintase de ácidos graxos. A organização estrutural das sintases de ácidos graxos varia conforme o organismo, mas as reações catalisadas são as mesmas. Nas bactérias e plantas, as enzimas responsáveis pela síntese são entidades monofuncionais independentes. Nos vertebrados e fungos, as sintases são enzimas multifuncionais, trazendo grande eficiência ao processo de síntese. Nos mamíferos é composta por duas cadeias polipeptídicas idênticas associadas em um dímero e cada um dos monômeros contém todas as atividades necessárias para a síntese. Na descrição a seguir, os domínios da sintase de mamíferos que catalisam essas atividades serão denominados enzimas.

O único domínio da sintase que não tem atividade enzimática é a proteína carregadora de acila ou ACP (Acyl-Carrier Protein), à qual está sempre ligada a cadeia do ácido graxo em crescimento. O ACP tem como grupo prostético um derivado do ácido pantotênico, a fosfopanteteína, também componente da coenzima A. O ACP, como a coenzima A, une-se a grupos acila por ligação tioéster com a sulfidrila terminal do grupo

fosfopanteteína (Figura 16.11). A longa e flexível cadeia de fosfopanteteína do ACP transporta o substrato entre os diferentes centros ativos da sintase, à semelhança da atuação do ácido lipoico no complexo piruvato

desidrogenase (Seção 9.2) e da biotina na piruvato carboxilase (Seção 14.2).

Figura 16.11 Estrutura do ACP e da coenzima A. A sulfidrila terminal está assinalada em verde e o grupo fosfopanteteína em vermelho. No ACP, a fosfopanteteína está ligada a um resíduo de serina da cadeia polipeptídica (em roxo) e na coenzima A, ao grupo fosfato da 3′-fosfoadenosina (em azul).

A síntese (Figura 16.12) inicia-se com a transferência do grupo acetila da acetil-CoA para o ACP; em seguida, a acetila é transferida para o grupo SH de um resíduo de cisteína de uma das enzimas da sintase, a β-cetoacil-ACP sintase; o ACP, agora livre, pode receber o grupo malonila da malonil-CoA, formando malonil-ACP. Estas etapas são catalisadas pela malonil/acetil-CoA-ACP transferase (enzima 1). Segue-se uma condensação dos grupos acetila e malonila, catalisada pela β-cetoacil-ACP sintase (enzima 2), originando um β-cetoacil-ACP de quatro carbonos, com liberação de CO . Este CO é exatamente aquele utilizado na carboxilação 2 2

de acetil-CoA a malonil-CoA. Por isso, apesar de CO 2 ser imprescindível à síntese de ácidos graxos, seu átomo de carbono não aparece no produto. O fato de a condensação processar-se com uma descarboxilação faz com que esta reação seja acompanhada de uma grande queda de energia livre, dirigindo-a no sentido da síntese. Justifica-se assim o gasto inicial de ATP para produzir malonil-CoA a partir de acetil-CoA: a utilização do precursor de três carbonos contorna a condensação termodinamicamente desfavorável de duas moléculas de dois carbonos.

O β-cetoacil-ACP de quatro carbonos formado (contendo o terminal metila do ácido graxo a ser formado) sofre redução, desidratação e nova redução, catalisadas, respectivamente, por β-cetoacil-ACP redutase (enzima 3), β-hidroxiacil-ACP desidratase (enzima 4) e enoil-ACP redutase (enzima 5). As duas redutases usam NADPH como doador de elétrons. Neste ponto, termina o primeiro ciclo de síntese, com a formação de butiril-ACP.

Figura 16.12 Reações catalisadas por uma sintase de ácidos graxos. As enzimas (ou atividades enzimáticas) constituintes da sintase são: malonil/acetil-CoA-ACP transferase (E1), β-cetoacil-ACP sintase (E2), β-cetoacil-ACP redutase (E3), β-hidroxiacil-ACP desidratase (E4), enoil-ACP redutase (E5) e tioesterase (E6). Os componentes da sintase estão representados por esferas, destacando-se o ACP, com sua sulfidrila terminal e o grupo SH de um resíduo de cisteína da β-cetoacil-ACP sintase (E2). A primeira volta do ciclo de síntese leva à formação de butiril-ACP. Para o alongamento da cadeia carbônica (setas pontilhadas), o butiril-ACP sofre a mesma sequência de reações que o acetil-ACP: o grupo butirila é transferido para o grupo SH da E2 e o ACP pode ligar-se a um segundo grupo malonila prosseguindo as reações catalisadas pelas enzimas E1 a E5. O ciclo é repetido por mais seis vezes e, no final da sétima volta, é sintetizado palmitoil-ACP, que, por ação da tioesterase (E6), é liberado como ácido palmítico.

Para prosseguir o alongamento da cadeia — por adição de unidades de dois carbonos fornecidos por malonil-CoA — o grupo butirila é transferido para o SH da β-cetoacil-ACP sintase (à semelhança do que ocorreu com o grupo acetila), liberando o ACP, que pode, então, receber outro grupo malonila. A repetição do ciclo por mais seis voltas, perfazendo um total de sete voltas, leva à formação de palmitoil-ACP, que é reconhecido pela tioesterase (enzima 6): a ligação tioéster do substrato é hidrolisada, liberando o ácido palmítico. A sintase de ácidos graxos de mamíferos produz ácidos graxos saturados de até 16 carbonos, o mais frequente sendo o ácido palmítico.

A síntese de ácido palmítico (16 C), no total, requer: 1 acetil-CoA, 7 malonil-CoA, 7 ATP consumidos na formação de 7 malonil-CoA a partir de 7 acetil-CoA e 14 NADPH utilizados nas 7 voltas da síntese.

O NADPH tem duas origens: provém da reação catalisada pela enzima málica e das reações da via das pentoses-fosfato catalisadas por

desidrogenases (Seção 12.2), que sofrem uma regulação paralela (Seção

20.3) à regulação da síntese de ácidos graxos (Seção 20.7). A importância relativa entre as duas fontes de poder redutor depende do tecido considerado. Nos vegetais, a síntese de ácidos graxos ocorre nos cloroplastos, onde NADPH é produzido pelas reações da fase clara da

fotossíntese (Seção 15.3).

A sequência dos tipos de reações da síntese de um ácido graxo (condensação, redução, desidratação e redução) é oposta à sequência da oxidação de um ácido graxo pelo ciclo de Lynen (oxidação, hidratação,

oxidação e cisão da cadeia carbônica) (Figura 16.13). A despeito disto, uma via não é o inverso da outra: elas diferem quanto às enzimas e coenzimas utilizadas, ao compartimento celular onde se processam e ao suporte da cadeia carbônica (ACP ou CoA). Em resumo, os processos de síntese e de degradação de ácidos graxos são absolutamente distintos, como habitualmente acontece no metabolismo.

A síntese de ácidos graxos nos animais ocorre em muitos tecidos, verificando-se uma variação entre as diferentes espécies quanto ao tecido onde ela é mais relevante. Nos seres humanos, a maior parte da produção de ácidos graxos ocorre no fígado e, em menor extensão, no tecido adiposo. Os ácidos graxos são sintetizados a partir dos componentes da dieta: carboidratos, principalmente, e do excedente de proteínas (este pouco usual na dieta da maioria da população); são exportados para os outros tecidos pelas lipoproteínas plasmáticas. Nas plantas, a síntese de ácidos graxos acontece nos cloroplastos; no citosol, há o processo de alongamento, originando os ácidos graxos de cadeia muito longa, componentes das ceras vegetais.