ÁCIDOS GRAXOS: ESTRUTURA, TIPOS, FUNÇÕES, BIOSSÍNTESE - BIOLOGIA - 2024

Os ácidos graxos são macromoléculas orgânicas derivadas de hidrocarbonetos, que são compostas por longas cadeias de átomos de carbono e hidrogênio com hidrofobicidade (são lipossolúveis) e são a base estrutural de gorduras e lipídios.

São moléculas muito diversas que se distinguem umas das outras pelo comprimento de suas cadeias de hidrocarbonetos e pela presença, número, posição e / ou configuração de suas ligações duplas.

Esquema geral de um ácido graxo saturado (Fonte: Laghi.l via Wikimedia Commons)

Nos lipídios de animais, plantas, fungos e microrganismos, como bactérias e leveduras, mais de 100 classes diferentes de ácidos graxos foram descritas e são consideradas espécies e tecidos específicos na maioria dos seres vivos.

Os óleos e gorduras que o homem consome diariamente, sejam de origem animal ou vegetal, são compostos principalmente de ácidos graxos.

Introdução

A manteiga, entre outras coisas, é essencialmente composta de ácidos graxos (Fonte: Africa Studio, via pixabay.com)

As moléculas de ácidos graxos desempenham funções importantes no nível celular, tornando-os componentes essenciais e, como alguns deles não podem ser sintetizados por animais, devem obtê-los na dieta.

Os ácidos graxos são incomuns como espécies livres no citosol celular, portanto, geralmente são encontrados como parte de outros conjugados moleculares, como:

- Lípidos, em membranas biológicas.

- Triglicerídeos ou ésteres de ácidos graxos, que servem como reserva em plantas e animais.

- Ceras, que são ésteres sólidos de ácidos graxos e álcoois de cadeia longa.

- Outras substâncias semelhantes.

Em animais, os ácidos graxos são armazenados no citoplasma das células como pequenas gotículas de gordura formadas por um complexo denominado triacilglicerol, que nada mais é do que uma molécula de glicerol à qual se ligou, em cada um de seus átomos de carbono, uma cadeia de ácido graxo por ligações de éster.

Embora as bactérias possuam ácidos graxos curtos e geralmente monoinsaturados, na natureza é comum encontrar ácidos graxos cujas cadeias têm números pares de átomos de carbono, geralmente entre 14 e 24, saturados, monoinsaturados ou poliinsaturados.

Estrutura

Os ácidos graxos são moléculas anfipáticas, ou seja, possuem duas regiões definidas quimicamente: uma região polar hidrofílica e uma região apolar hidrofóbica.

A região hidrofóbica é formada por uma longa cadeia de hidrocarbonetos que, em termos químicos, não é muito reativa. A região hidrofílica, por outro lado, é composta por um grupo carboxila terminal (-COOH), que se comporta como um ácido.

Este grupo carboxila terminal ou ácido carboxílico ioniza em solução, é altamente reativo (quimicamente falando) e é muito hidrofílico, representando assim um sítio de ligação covalente entre o ácido graxo e outras moléculas.

O comprimento das cadeias de hidrocarbonetos dos ácidos graxos geralmente possui números pares de átomos de carbono, e isso está intimamente relacionado ao processo biossintético pelo qual são produzidos, uma vez que seu crescimento ocorre em pares de carbonos.

Os ácidos graxos mais comuns têm cadeias de 16 a 18 átomos de carbono e, em animais, essas cadeias não são ramificadas.

Classificação

Os ácidos graxos são classificados em dois grandes grupos de acordo com a natureza das ligações que os compõem, ou seja, de acordo com a presença de ligações simples ou duplas entre os átomos de carbono de suas cadeias de hidrocarbonetos.

Assim, existem ácidos graxos saturados e insaturados.

- Os ácidos graxos saturados têm apenas ligações simples carbono - carbono e todos os seus átomos de carbono são "saturados" ou ligados a moléculas de hidrogênio.

- Os ácidos graxos insaturados têm uma ou mais ligações duplas carbono-carbono e nem todas estão ligadas a um átomo de hidrogênio.

Os ácidos graxos insaturados também são divididos de acordo com o número de insaturações (ligações duplas) em monoinsaturados, aqueles com apenas uma ligação dupla, e poliinsaturados, aqueles com mais de uma.

Ácidos graxos saturados

Eles geralmente têm entre 4 e 26 átomos de carbono ligados por ligações simples. Seu ponto de fusão é diretamente proporcional ao comprimento da cadeia, ou seja, ao seu peso molecular.

Os ácidos graxos que possuem entre 4 e 8 carbonos são líquidos a 25 ° C e são aqueles que compõem os óleos comestíveis, enquanto aqueles com mais de 10 átomos de carbono são sólidos.

Entre os mais comuns está o ácido láurico, abundante nos óleos de palma e coco; ácido palmítico, encontrado na palma, cacau e banha, e ácido esteárico, encontrado no cacau e óleos hidrogenados.

São ácidos graxos com muito mais estabilidade do que os insaturados, principalmente contra a oxidação, pelo menos em condições fisiológicas.

Como as ligações simples carbono-carbono podem girar livremente, os ácidos graxos saturados são moléculas muito flexíveis, embora o obstáculo estérico torne a estrutura totalmente estendida a mais energeticamente estável.

Ácidos graxos insaturados

Esses ácidos graxos são altamente reativos e sujeitos à saturação e oxidação. Eles são comuns em plantas e organismos marinhos. Aqueles com apenas uma ligação dupla são conhecidos como monoinsaturados ou monoenóicos, enquanto aqueles com mais de duas são conhecidos como polienóicos ou poliinsaturados.

A presença de ligações duplas é comum entre os átomos de carbono entre as posições 9 e 10, mas isso não significa que ácidos graxos monoinsaturados com uma insaturação em outra posição não sejam encontrados.

Ao contrário dos saturados, os ácidos graxos insaturados são listados não do grupo carboxila terminal, mas de acordo com a posição da primeira ligação dupla C - C. Assim, eles são divididos em dois grupos, ácidos ômega-6 ou ω6. e ômega-3 ou ω3.

Os ácidos ômega-6 têm a primeira ligação dupla no carbono número 6 e os ácidos ômega-3 no carbono número 3. O nome ω é dado pela ligação dupla mais próxima do grupo metil final.

As ligações duplas também podem ser encontradas em duas configurações geométricas conhecidas como "cis" e "trans".

A maioria dos ácidos graxos insaturados naturais tem uma configuração "cis" e as ligações duplas dos ácidos graxos presentes nas gorduras comerciais (hidrogenadas) são em "trans".

Em ácidos graxos poliinsaturados, duas ligações duplas são geralmente separadas uma da outra por pelo menos um grupo metil, ou seja, um átomo de carbono ligado a dois átomos de hidrogênio.

Recursos

Os ácidos graxos têm múltiplas funções nos organismos vivos e, como mencionado acima, uma de suas funções essenciais é como parte essencial dos lipídios, que são os principais componentes das membranas biológicas e uma das três biomoléculas mais abundantes nos organismos. vivo em conjunto com proteínas e carboidratos.

Também são excelentes substratos energéticos, graças aos quais grandes quantidades de energia são obtidas na forma de ATP e outros metabólitos intermediários.

Como os animais, por exemplo, não são capazes de armazenar carboidratos, os ácidos graxos representam a principal fonte de armazenamento de energia que vem da oxidação dos açúcares consumidos em excesso.

Os ácidos graxos saturados de cadeia curta no cólon estimulam a absorção de água e íons de sódio, cloreto e bicarbonato; Além disso, eles têm funções na produção de muco, na proliferação de colonócitos (células do cólon), etc.

Os ácidos graxos insaturados são especialmente abundantes em óleos vegetais comestíveis, que são importantes na dieta de todos os seres humanos.

Os óleos que consumimos diariamente são ácidos graxos (Fonte: stevepb, via pixabay.com)

Outros participam como ligantes de algumas proteínas com atividades enzimáticas, por isso são importantes no que diz respeito aos seus efeitos no metabolismo energético das células onde se encontram.

Biossíntese

A degradação dos ácidos graxos é conhecida como β-oxidação e ocorre na mitocôndria das células eucarióticas. A biossíntese, ao contrário, ocorre no citosol das células animais e nos cloroplastos (organelas fotossintéticas) das células vegetais.

É um processo dependente de acetil-CoA, malonil-CoA e NADPH, ocorre em todos os organismos vivos e em animais "superiores" como os mamíferos. Por exemplo, é muito importante no fígado e nos tecidos adiposos, bem como nas glândulas mamárias.

O NADPH utilizado para esta via é o produto, principalmente, das reações de oxidação NADP-dependentes da via da pentose fosfato, enquanto a acetil-CoA pode vir de diferentes fontes, por exemplo, da descarboxilação oxidativa do piruvato, de Ciclo de Krebs e β-oxidação dos ácidos graxos.

A via de biossíntese, assim como a β-oxidação, é altamente regulada em todas as células por efetores alostéricos e modificações covalentes de enzimas que participam da regulação.

-Síntese de malonil-coA

A via começa com a formação de um intermediário metabólico conhecido como malonil-CoA a partir de uma molécula de acetil-CoA e é catalisada por uma enzima multifuncional chamada acetil-CoA carboxilase.

Esta reação é uma adição dependente de biotina de uma molécula de carboxila (-COOH, carboxilação) e ocorre em duas etapas:

1. Primeiro, a transferência dependente de ATP de um carboxila derivado de bicarbonato (HCO3-) para uma molécula de biotina ocorre como um grupo protético (não-proteína) associado à acetil-CoA carboxilase.
2. Posteriormente, o CO2 é transferido para acetil-coA e o malonil-coA é produzido.

-Reações da rota

Em animais, a formação de cadeias de carboidratos de ácidos graxos ocorre ainda por meio de reações de condensação sequenciais catalisadas por uma enzima multimérica e multifuncional conhecida como ácido graxo sintase.

Esta enzima catalisa a condensação de uma unidade de acetil-CoA e várias moléculas de malonil-CoA que são produzidas a partir da reação de acetil-CoA carboxilase, um processo durante o qual uma molécula de CO2 é liberada para cada malonil-CoA que se adiciona.

Os ácidos graxos em crescimento são esterificados em uma proteína chamada "proteína transportadora de acila" ou ACP, que forma tioésteres com grupos acila. Em E. coli, essa proteína é um polipeptídeo de 10 kDa, mas em animais faz parte do complexo da sintase de ácidos graxos.

A quebra dessas ligações tioéster libera grande quantidade de energia, o que possibilita, termodinamicamente falando, a ocorrência de etapas de condensação na via biossintética.

Complexo de ácido graxo sintase

Nas bactérias, a atividade da sintase do ácido graxo na verdade corresponde a seis enzimas independentes que usam acetil-coA e malonil-coA para formar os ácidos graxos e com as quais seis atividades enzimáticas diferentes estão associadas.

Complexo homodimérico e multifuncional de ácido graxo sintase de animais (Fonte: Boehringer Ingelheim via Wikimedia Commons)

Em mamíferos, ao contrário, a ácido graxo sintase é um complexo enzimático homodimérico multifuncional de peso molecular em torno de 500 kDa, que possui seis atividades catalíticas diferentes e com o qual a proteína transportadora acila se associa.

Etapa 1: reação de priming

Os grupos tiol nos resíduos de cisteína responsáveis ​​pela ligação dos intermediários metabólicos à enzima ACP devem ser carregados, antes do início da síntese, com os grupos acila necessários.

Para fazer isso, o grupo acetil da acetil-coA é transferido para o grupo tiol (-SH) de um dos resíduos de cisteína da subunidade ACP da sintase do ácido graxo. Esta reação é catalisada pela subunidade ACP-acil-transferase.

O grupo acetil é então transferido do ACP para outro resíduo de cisteína no sítio catalítico de outra subunidade enzimática do complexo conhecido como β-cetoacil-ACP-sintase. Assim, o complexo enzimático é "preparado" para iniciar a síntese.

Etapa 2: Transferência de unidades malonil-CoA

O malonil-CoA que é produzido pela acetil-CoA carboxilase é transferido para o grupo tiol no ACP e durante essa reação a porção CoA é perdida. A reação é catalisada pela subunidade malonil-ACP-transferase do complexo da ácido graxo sintase, que então produz malonil-ACP.

Durante este processo, o grupo malonil é ligado a ACP e β-cetoacil-ACP-sintase por meio de uma ligação éster e outra sulfidrila, respectivamente.

Etapa 3: Condensação

A enzima β-cetoacil-ACP-sintase catalisa a transferência do grupo acetil que estava ligado a ela na etapa de "priming" para o carbono 2 do grupo malonil que, na etapa anterior, foi transferido para o ACP.

Durante essa reação, uma molécula de CO2 é liberada do malonil, que corresponde ao CO2 fornecido pelo bicarbonato na reação de carboxilase da acetil-CoA carboxilase. O acetoacetil-ACP é então produzido.

Etapa 4: Redução

A subunidade β-cetoacil-ACP-redutase catalisa a redução dependente de NADPH de acetoacetil-ACP, formando assim D-β-hidroxibutiril-ACP.

Etapa 5: desidratação

Nesta etapa, trans-α, β-acil-ACP ou ∆2-insaturado-acil-ACP (cratonil-ACP) é formado, um produto da desidratação de D-β-hidroxibutiril-ACP pela ação da subunidade enoila. ACP-hidratase.

Posteriormente, o cratonil-ACP é reduzido a butiril-ACP por uma reação dependente de NADPH catalisada pela subunidade enoil-ACP-redutase. Essa reação completa o primeiro dos sete ciclos necessários para produzir palmitoil-ACP, que é um precursor de quase todos os ácidos graxos.

Como procedem as reações de condensação subsequentes?

O grupo butiril é transferido de ACP para o grupo tiol de um resíduo de cisteína em β-cetoacil-ACP-sintase, em que ACP é capaz de aceitar outro grupo malonil de malonil-CoA.

Desta forma, a reação que ocorre é a condensação de malonil-ACP com buturil-β-cetoacil-ACP-sintase, o que dá origem a β-cetohexanoil-ACP + CO2.

O palmitoil-ACP que surge das etapas subsequentes (após a adição de mais 5 unidades de malonil) pode ser liberado como ácido palmítico livre graças à atividade da enzima tioesterase, pode ser transferido para CoA ou incorporado ao ácido fosfatídico por via de síntese de fosfolipídios e triacilglicerídeos.

Estrutura do ácido palmítico (Fonte: Andel, via Wikimedia Commons)

A ácido graxo sintase da maioria dos organismos para na síntese de palmitoil-ACP, uma vez que o sítio catalítico da subunidade β-cetoacil-ACP-sintase tem uma configuração na qual apenas ácidos graxos desse comprimento podem ser acomodados.

Como os ácidos graxos com números ímpares de átomos de carbono são formados?

Estes são relativamente comuns em organismos marinhos e também são sintetizados por um complexo de ácido graxo sintase. No entanto, a reação de "priming" ocorre com uma molécula mais longa, o propionil-ACP, com três átomos de carbono.

Onde e como os ácidos graxos de cadeia mais longa são formados?

O ácido palmítico, conforme discutido, serve como um precursor para muitos ácidos graxos saturados e insaturados de cadeia mais longa. O processo de "alongamento" dos ácidos graxos ocorre na mitocôndria, enquanto a introdução de insaturações ocorre essencialmente no retículo endoplasmático.

Muitos organismos convertem seus ácidos graxos saturados em insaturados como uma adaptação às baixas temperaturas ambientais, pois isso lhes permite manter o ponto de fusão dos lipídios abaixo da temperatura ambiente.

Propriedades dos ácidos graxos

Muitas das propriedades dos ácidos graxos dependem do comprimento de sua cadeia e da presença e número de insaturações:

- Os ácidos graxos insaturados têm pontos de fusão mais baixos do que os ácidos graxos saturados do mesmo comprimento.

- O comprimento dos ácidos graxos (o número de átomos de carbono) é inversamente proporcional à fluidez ou flexibilidade da molécula, ou seja, as moléculas "mais curtas" são mais fluidas e vice-versa.

Em geral, as substâncias gordurosas fluidas são compostas por ácidos graxos de cadeia curta com presença de insaturações.

As plantas possuem quantidades abundantes de ácidos graxos insaturados, assim como os animais que vivem em temperaturas muito baixas, pois estes, como componentes dos lipídios presentes nas membranas celulares, lhes conferem maior fluidez nessas condições.

Em condições fisiológicas, a presença de uma dupla ligação na cadeia de hidrocarbonetos de um ácido graxo causa uma curvatura de cerca de 30 °, o que faz com que essas moléculas ocupem um espaço maior e diminuam a força de suas interações de van der Waals.

A presença de ligações duplas em ácidos graxos associados a moléculas de lipídios tem efeitos diretos no grau de "empacotamento" que eles podem ter nas membranas às quais pertencem e, portanto, também têm efeitos nas proteínas de membrana.

Exemplo da formação de uma micela de ácido graxo com os grupos carboxílicos expostos ao meio aquoso (Fonte: Benutzer: Anderl via Wikimedia Commons)

A solubilidade dos ácidos graxos diminui à medida que o comprimento da cadeia aumenta, portanto, eles são inversamente proporcionais. Em misturas aquosas e lipídicas, os ácidos graxos se associam em estruturas conhecidas como micelas.

Uma micela é uma estrutura na qual as cadeias alifáticas de ácidos graxos são "encerradas", "expelindo" todas as moléculas de água e em cuja superfície se encontram os grupos carboxila.

Nomenclatura

A nomenclatura dos ácidos graxos pode ser um tanto complexa, principalmente se nos referirmos aos nomes comuns que recebem, muitas vezes relacionados a alguma propriedade físico-química, ao local onde se encontram ou a outras características.

Muitos autores consideram que, uma vez que essas moléculas são ionizadas em pH fisiológico graças ao grupo carboxila terminal, deve-se chamá-las de "carboxilatos" usando a terminação "ato" para isso.

De acordo com o sistema IUPAC, a enumeração dos átomos de carbono de um ácido graxo é feita a partir do grupo carboxila na extremidade polar da molécula e os dois primeiros átomos de carbono ligados a este grupo são chamados de α e β, respectivamente.. O metil terminal da cadeia contém o átomo de carbono ω.

Em geral, na nomenclatura sistemática eles recebem o nome de hidrocarboneto “parental” (o hidrocarboneto com o mesmo número de átomos de carbono) e sua terminação “o” é substituída por “oico”, se for um ácido graxo insaturado, a terminação "enóico" é adicionada.

Considere, por exemplo, o caso de um ácido graxo C18 (C18):

- Como o hidrocarboneto com o mesmo número de átomos de carbono é conhecido como octadecano, o ácido saturado é denominado “ácido octadecanóico” ou “octadecanoato” e seu nome comum é ácido esteárico.

- Se possui uma ligação dupla entre um par de átomos de carbono em sua estrutura, é conhecido como "ácido octadecenóico"

- Se tiver duas ligações duplas c - c, é denominado "ácido octadecadienóico" e se tiver três "ácido octadecatrienóico".

Se você quiser resumir a nomenclatura, então 18: 0 é usado para o ácido graxo de 18 carbonos e nenhuma ligação dupla (saturada) e, dependendo do grau de insaturação, então em vez de zero, 18: 1 é escrito para uma molécula com um insaturação, 18: 2 para um com duas insaturações e assim por diante.

Se você deseja especificar entre quais átomos de carbono são as ligações duplas em ácidos graxos insaturados, o símbolo ∆ é usado com um sobrescrito numérico que indica o local da insaturação e o prefixo "cis" ou "trans", dependendo do configuração deste.

Referências

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