Bioquímica e Metabolismo dos Lipídios Aula 8

Disciplina: Bioquímica Aula 8: Bioquímica e metabolismo dos lipídios Apresentação Nesta aula, abordaremos o estudo da estrutura e função dos lipídios de origem vegetal e animal. Essas substâncias biológicas são um grupo heterogêneo que partilham a característica de serem insolúveis em água e solventes polares, já que são substâncias apolares. Estudaremos também suas principais funções no organismo. Além de conhecer suas características e propriedades, estudaremos seu metabolismo. Detalharemos as principais vias metabólicas tanto anabólicas quanto catabólicas. Discutiremos porque a maior parte do estoque de energia em seres humanos ocorre na forma de lipídios. Para finalizar, analisaremos estrutura, função e metabolismo do colesterol, e as características de seu transporte no organismo através das lipoproteínas plasmáticas. Objetivos • Identificar a nomenclatura, estrutura e funções dos lipídios; • Esclarecer o metabolismo dos lipídios; • Descrever o metabolismo do colesterol e seu transporte na forma de lipoproteínas plasmáticas. Lipídios Os lipídios constituem um grupo bastante diverso de compostos e que possuem em comum a característica de serem insolúveis em água. As gorduras e os óleos aparecem como forma de armazenamento de energia, existem os lipídios estruturais, como os fosfolipídios de membrana, e, ainda, as vitaminas lipossolúveis e muitos hormônios. Saiba mais Lipídeo, do grego lipos, significa gordura. Embora muitas vezes utilize-se o termo como sinônimo de gordura, na verdade, as gorduras seriam apenas os triglicerídeos, que são lipídios mais simples compostos de ácidos graxos e glicerol, que possuem como função o armazenamento de energia. Além da importância que possuem para os organismos vivos, também têm papel de destaque na indústria alimentarar, em cosmética e na nanotecnologia. Propriedades físico-químicas São compostos apolares e, portanto, insolúveis em água, porém bastante solúveis em solventes orgânicos não polares, como éter, clorofórmio e benzeno. Na maioria das vezes, compostos que contêm apenas carbono (C), hidrogênio (H) e oxigênio (O), mas às vezes também possuem nitrogênio e fósforo. Alguns lipídios são compostos anfipáticos, ou seja, a molécula apresenta uma porção polar (hidrofílica) e outra apolar (hidrofóbica). Observe, ao lado, a estrutura de um ácido graxo; é possível identificar a região do hidrocarboneto em amarelo que é apolar. Quanto maior for essa cadeia de hidrocarboneto mais apolar será a molécula. É uma região polar representada pelo grupo carboxila (COOH) que pode estar ionizado ou não, dependendo do pH do meio. A figura ao lado é do ácido butírico (nome comum) ou ácido butanoico (nomenclatura da IUPAC), que é formado na manteiga rançosa a partir da ação de bactérias Ácido butírico Nessas moléculas, a região polar do ácido graxo tende a interagir com a água e a parte apolar faz interações hidrofóbicas com outras moléculas apolares. Em meio aquoso, as moléculas de ácidos graxos podem formar micelas, com a região hidrofílica em contato com o meio aquoso e as caudas de hidrocarbonetos voltadas para o interior interagindo entre si, e escondidas da água. Já os lipossomas têm sido considerados excelentes partículas de transporte para medicamentos de liberação prolongada. São pequenas vesículas esféricas formadas por bicamadas de fosfolipídios que se dobram sobre elas mesmas, e formam uma bicamada fechada, uma vesícula oca tridimensional envolvendo uma cavidade aquosa. Observamos essas estruturas na figura abaixo. Lipossoma Micela Bicapa lipídica Fonte: https://pt.wikipedia.org/wiki/Lipossoma#/media/File:Phospholipids_aqueous_solution_structures_pt.svg Classificação dos lipídios: 1 Lipídios simples Exemplos: ácidos graxos, glicerídeos, esteroides, cerídeos 2 Lipídios compostos Exemplos: Lipoproteínas e glicolipídios 3 Lipídios complexos Exemplos: fosfolipídios e cerebrosídeos Vamos estudar a estrutura de alguns lipídios importantes. Estrutura dos ácidos graxos Os ácidos graxos possuem uma cadeia de hidrocarbonetos com um grupo carboxila terminal que pode estar ionizado ou não, dependendo do pH do meio, com fórmula geral: CH3(CH2)nCOOH ou CH3(CH2)nCOO- Geralmente, os ácidos graxos presentes no nosso organismo possuem número par de hidrocarbonetos. Como já abordado anteriormente, são moléculas anfipáticas. A estrutura dos hidrocarbonetos pode conter ou não duplas ligações entre os carbonos. Quando eles possuem apenas ligações simples são chamados saturados ou de cadeias saturadas. Quando possuem duplas ligações entre os carbonos são chamados insaturados. Os ácidos graxos insaturados encontrados na natureza possuem, normalmente, estrutura cis. Na figura a seguir, podemos observar um ácido graxo saturado à esquerda e outro insaturado à direita, com uma dupla ligação. Saturated Fatty Acid Unsaturated Fatty Acid Ácidos graxo saturado e insaturado | Fonte: Shutterstock Nesta outra figura, observamos a estrutura de ácidos graxos e triglicerídeos, uma molécula de glicerol unida a três moléculas de ácidos graxos. Podemos identificar que a presença de duplas ligações faz com que a molécula fique mais desalinhada. O empacotamento de ácidos graxos insaturados é mais instável do que de ácidos graxos saturados. Nos ácidos graxos insaturados, uma ligação dupla cis força uma dobra na cadeia de hidrocarboneto. Cholesterol Glycerol 3 Fatty acids Fatty acid Saturated Monounsaturated Polyunsaturated Triglycerides Saturated Diagram simplified Diagram simplified Estruturas | Fonte: Shutterstock Os ácidos graxos saturados são mais resistentes à oxidação, enquanto os insaturados mais sujeitos a esse processo. O processo de oxidação dos lipídios quando expostos ao ar recebe o nome de rançificação, eles ficam estragados e com gosto e cheiro ruins. Foi daí que surgiu a margarina, que é originada de um processo de hidrogenação catalítica de óleos vegetais. Esse processo aumenta a conservação e o tempo de prateleira (validade) da margarina e melhora a palatabilidade, o que foi muito interessante para a indústria alimentícia. Nesse processo, algumas ligações duplas são transformadas de cis para ligações trans. Existe uma forte evidência de que essas gorduras trans na dieta aumenta a incidência de doenças cardiovasculares. Na forma cis, os átomos de hidrogênio estão do mesmo lado da dupla ligação de carbono. Nos ácidos graxos trans, os dois átomos de hidrogênio estão de lados opostos da dupla ligação. Quase todos os ácidos graxos dos tecidos de mamíferos são de cadeia reta, não ramificado. Na natureza, existem alguns de cadeia ramificada. São chamados ácidos graxos essenciais aqueles que não são sintetizados pelo nosso organismo, portanto, devem ser ingeridos obrigatoriamente na dieta. Exemplos: Algumas características dos ácidos graxos: 1 Quanto maior a cadeia de carbonos, menos solúvel em água; 2 Quanto menor o número de duplas ligações, menor a solubilidade em água; 3 Ácidos graxos saturados têm consistência cerosa em temperatura ambiente; 4 Ácidos graxos insaturados têm consistência líquida em temperatura ambiente. No organismo, os ácidos graxos livres são transportados no sangue com a ajuda da albumina, já que são moléculas apolares. Estrutura dos triglicerídeos Os triglicerídeos ou triacilgliceróis são moléculas formadas por três ácidos graxos ligados a uma molécula de glicerol por ligações éster (também chamadas esterificação). São moléculas hidrofóbicas e insolúveis em água e a forma de armazenamento de energia dos adipócitos. Veremos adiante que são vantajosos como fonte de energia porque fornecem duas vezes mais energia do que os carboidratos. Podem ser armazenados em maior quantidade do que os carboidratos (15 a 20Kg em obesos) porque não estão associados à água, ocupam menos espaço, ficam mais compactados, e servem de suprimento por meses, enquanto carboidratos duram horas. Estão sujeitos à hidrólise e saponificação. A hidrólise dos triacilgliceróis por ácidos ou bases produz glicerol e sais de ácidos graxos, que atuam solubilizando gorduras e formando micelas. Lipídios de membrana Vários lipídios estão envolvidos na composição de estrutura das membranas biológicas. Envolvem três tipos de lipídios: glicerofosfolipídios, esfingolipídios e esteróis. Modelo do mosaico fluído: Duas camadas de lipídios anfipáticos; Região hidrofóbica e região hidrofílica. Na figura a ao lado, podemos ver a estrutura de um fosfolipídio. Um glicerofosfolipídio contém uma molécula de glicerol ligada a dois ácidos graxos e um grupo fosfato ligado a um álcool; já um esfingolipídio está ligado à esfingosina, um ácido graxo, e um grupo fosfato ligado à colina. Os esteróis possuem um núcleo esteroide formado por quatro anéis fundidos, esqueleto básico mostrado a seguir. O principal exemplo é o colesterol presente nas células animais, que também pode ver visto nesta figura ao lado. Os esteróis também são anfipáticos, com um grupo polar (hidroxila) e apolar (núcleo esteroide e cadeia lateral de carbonos). Interferem com a fluidez da membrana plasmática e são substratos para produção dos hormônios esteroides. Hormônios esteroides Possuem um núcleo esteroide intacto, são derivados do colesterol. Ex.: hormônios sexuais testosterona e progesterona, cortisol. Eicosanoides São derivados do ácido araquidônico. Estão envolvidos na inflamação, febre, formação de coágulos e outros processos biológicos. Vitaminas lipossolúveis A, D, E e K. Funções dos Lipídios Os lipídios possuem variadas funções: 1 Fonte de energia (ácidos graxos); 2 Armazenamento energia (triglicerídeos); 3 Formar membranas biológicas (fosfolipídios); 4 São cofatores enzimáticos (vitaminas); 5 Hormônios (esteroides); 6 Pigmentos (caroteno). Desempenham um papel relevante como fonte de alimentos devido ao seu alto valor energético de 8,5kcal/g, comparado a 4kcal/g dos carboidratos. Absorção: Diariamente ingerimos cerca de 25g-105g de triglicerídeos (TG) (90%). Outros lipídios também são ingeridos como fosfolipídios, colesterol e vitaminas lipossolúveis. São considerados uma boa molécula para reserva, devido ao seu tamanho reduzido, e possuem uma baixa camada de solvatação, uma vez que são hidrofóbicos. O armazenamento de ácidos graxos na forma de triglicerídeos é o mais eficiente e quantitativamente mais importante do que o de carboidratos na forma de glicogênio. Quando hormônios sinalizam a necessidade de energia metabólica, promove-se a liberação desses TG com o objetivo de convertê-los em ácidos graxos livres, os quais serão oxidados para produzir energia.