Os ácidos graxos são uma importante fonte de energia e um componente chave das membranas celulares. Seu metabolismo envolve duas vias opostas: a beta-oxidação, que os decompõe em energia, e a lipogênese, que os constrói para armazenamento.
Oxidação de ácidos graxos (beta-oxidação)
Ativação
Os ácidos graxos são ativados no citoplasma pela ligação à coenzima A, formando acil-CoA graxo. Esta reação consome ATP. O acil-CoA graxo é então transportado para a mitocôndria através do ônibus carnitina.
O ciclo de beta-oxidação
Dentro da matriz mitocondrial, o acil-CoA graxo sofre ciclos repetidos de quatro reações: oxidação pela acil-CoA desidrogenase (produzindo FADH2), hidratação pela enoil-CoA hidratase, oxidação pela beta-hidroxiacil-CoA desidrogenase (produzindo NADH) e tiólise pela tiolase (produzindo acetil-CoA e um acil-CoA graxo encurtado).
Rendimento energético
Cada ciclo remove dois átomos de carbono como acetil-CoA. Uma molécula de palmitato de 16 carbonos passa por sete ciclos, produzindo 8 acetil-CoA, 7 FADH2 e 7 NADH. O acetil-CoA então entra no ciclo do ácido cítrico para posterior produção de energia.
Síntese de Ácidos Graxos (Lipogênese)
Transporte de citrato
Quando a energia é abundante, o excesso de acetil-CoA nas mitocôndrias é exportado para o citoplasma através da lançadeira de citrato. O citrato é clivado pela ATP-citrato liase para produzir acetil-CoA e oxaloacetato.
Formação de Malonil-CoA
A acetil-CoA carboxilase converte acetil-CoA em malonil-CoA, a etapa comprometida da síntese de ácidos graxos. Esta enzima é ativada pela insulina e pelo citrato e inibida pelo palmitoil-CoA.
Ciclo de alongamento
A sintase dos ácidos graxos, uma grande enzima multifuncional, realiza um ciclo repetido de condensação, redução, desidratação e redução. Cada ciclo adiciona dois átomos de carbono. O processo requer NADPH e produz palmitato (16:0) como produto primário.
Regulamento
A oxidação e a síntese de ácidos graxos são reguladas reciprocamente. Quando a energia está baixa, a AMPK ativa a oxidação e inibe a síntese. Quando a energia é abundante, a insulina ativa a síntese e inibe a oxidação.
Ensaio prático de oxidação de ácidos graxos
Isolar mitocôndrias de fígado fresco ou tecido cardíaco por centrifugação diferencial - homogeneizar 200 mg de tecido em tampão de isolamento gelado (sacarose 250 mM, Tris-HCl 10 mM pH 7,4, EGTA 1 mM), centrifugar a 600 × g por 10 minutos para remover núcleos e detritos, depois centrifugar o sobrenadante a 10.000 × g por 10 minutos para sedimentar mitocôndrias. Ressuspender o sedimento mitocondrial em tampão de ensaio (100 mM KCl, 10 mM Tris-HCl pH 7,4, 5 mM MgCl2, 1 mM ATP, 0,1% BSA). Meça a oxidação de ácidos graxos monitorando o consumo de oxigênio usando um eletrodo de oxigênio tipo Clark ou um analisador Seahorse XF. Adicione 0,5-1 mg de proteína mitocondrial a 0,5 mL de tampão de ensaio contendo 50 μM palmitoil-CoA, 2 mM L-carnitina e 1 mM malato. Grave a taxa de consumo de oxigênio (OCR) por 10 minutos. OCR basal reflete a oxidação endógena do substrato. A oxidação específica de ácidos graxos é confirmada pela adição de 50 µM de etomoxir, um inibidor irreversível da carnitina palmitoiltransferase I (CPT1), uma diminuição significativa no OCR (>50%) confirma que a respiração medida é impulsionada pela oxidação de ácidos graxos. Para oxidação de ácidos graxos celulares, incubar células intactas com ácido [9,10-³H]palmítico (0,5 μCi/mL) por 2 horas e, em seguida, medir ³H2O liberado no meio, passando-o por uma coluna de troca iônica (3H2O flui enquanto o palmitato é retido). Conte o fluxo por cintilação líquida.
Aplicação no mundo real
Em um modelo de rato com doença hepática gordurosa não alcoólica (DHGNA), a oxidação de ácidos graxos hepáticos é medida em mitocôndrias isoladas usando palmitoil-CoA como substrato. OCR é reduzido em 30% em comparação com camundongos controle, indicando β-oxidação prejudicada. O tratamento com um agonista do PPARα (fenofibrato, 100 mg/kg/dia durante 4 semanas) restaura as taxas de oxidação para níveis controlados, reduzindo a esteatose hepática. Estas medições ligam diretamente a disfunção mitocondrial ao acúmulo de gordura no fígado.
