Definição
Acetil-CoA ou acetil coenzima A é um componente da respiração celular (conversão de energia) que adiciona grupos acetil às reações bioquímicas. Essas reações são usadas na metabolização de proteínas, carboidratos e lipídios que fornecerão fontes de energia nas formas de trifosfato de adenosina (ATP), ácido lático e corpos de cetona. Pesquisas recentes mostram que o acetil-CoA também desempenha um importante papel regulatório nos mecanismos intracelulares. Também é essencial para a produção de energia quando jejuar ou morrer de fome.
Formação acetil-CoA
A formação de acetil-CoA ocorre dentro ou fora das mitocôndrias celulares. Como metabólito (uma substância necessária para o metabolismo), o acetil-CoA deve estar disponível gratuitamente. Pode ser produzido através do catabolismo (quebra) de carboidratos (glicose) e lipídios (ácidos graxos). Seu trabalho principal é transferir os átomos de carbono em acetil para outras moléculas.
Os componentes do acetil Co-A são, não surpreendentemente, acetil e coenzima A. Um grupo acetil é representado pela fórmula química CH3CO. O acetil é produzido pela quebra do piruvato, um derivado de carboidratos. Quando o piruvato quebra, produz pequenas moléculas de carbono ligadas (C2). Quando eles reagem com o COA, a molécula combinada se torna acetil-CoA.
A coenzima A é um cofator – ajuda uma enzima a proporcionar um efeito. O CO-A é produzido através da ingestão de vitamina B5 (ácido pantotênico ou pantotenato). As fontes naturais dessa vitamina são repolho e brócolis, grãos integrais e batatas. A fórmula química da coenzima A é C23H38N7O17P3S.
Muitos tipos de bactérias intestinais fabricam pantotenato de certos aminoácidos. Quando os níveis de pantotenato no corpo são baixos, os níveis de COA e acetil-CoA também serão baixos. À medida que a produção de COA se sobrepõe a outras vias produtoras de vitaminas, elas também podem afetar a disponibilidade de COA e acetil-CoA. Exemplos de vitaminas concorrentes são ácido fólico e tiamina.
O acetil se liga à coenzima A em circunstâncias controladas. Essas vias de formação são descritas em mais detalhes nos parágrafos seguintes. O conhecimento básico do ciclo do ciclo ou ácido cítrico do Kreb é extremamente útil ao aprender sobre acetil-CoA.
Formação acetil-CoA via glicose
A formação de acetil-CoA ocorre mais comumente durante o catabolismo da glicose. Depois que os carboidratos foram quebrados por enzimas digestivas, o primeiro estágio do metabolismo ou glicólise da glicose celular pode começar. A glicólise é a quebra de moléculas de glicose. Esse mecanismo ocorre no citosol celular. Na imagem abaixo, a glicólise é representada na caixa roxa.
Em termos simplificados, uma reação de glicólise produz dois íons de hidrogênio, um ganho total de duas moléculas de ATP e duas de moléculas de água e piruvato de uma única molécula de glicose (C₆H₁₂o₆).
A glicose C6 se torna duas moléculas de piruvato C3. A fórmula química completa para piruvato é C3H3O3 – se você olhar para as duas fórmulas químicas de piruvato e glicose, a glicose foi quase dividida ao meio. Os átomos de hidrogênio foram liberados durante a reação de glicólise.
O segundo passo do metabolismo da glicose depende da presença ou ausência de oxigênio ou da capacidade das células de usá -lo. Onde nenhum oxigênio limitado ou limitado está disponível, o piruvato viaja uma via anaeróbica que leva à produção de ácido lático (respiração anaeróbica).
A respiração aeróbica (produção de energia na presença de oxigênio), no entanto, envia piruvato para o ciclo do ácido cítrico. O ciclo do ácido cítrico, também conhecido como ciclo de ácido tricarboxílico (TCA) ou ciclo de Kreb, é a pedra fundamental da produção de energia intracelular.
A entrada no ciclo aeróbico só pode ocorrer após a ocorrência de três etapas preparatórias. Em primeiro lugar, as duas moléculas de piruvato (C3) sofrem fosforilação oxidativa (troca eletrônica). Esta etapa não envolve acetil-CoA.
Em segundo lugar, uma fase liberadora de energia converte ADP em quatro moléculas de ATP. Novamente, não é necessário acetil-CoA.
A terceira etapa é a conversão de piruvato em acetil e a ligação subsequente de acetil com a coenzima disponível A. Apenas quando esses três eventos ocorreram podem o próximo passo – o ciclo do Kreb – prossiga.
A conversão de piruvato em acetil-CoA também é um processo de três etapas chamado descarboxilação oxidativa de piruvato. Essa via ocorre dentro das mitocôndrias celulares; As moléculas de piruvato entram nas mitocôndrias via transporte ativo.
Primeiro, um grupo ânion carboxilato com carga negativa (COO-) é removida do piruvato (C3H4O3) pela enzima piruvato desidrogenase para formar dióxido de carbono (CO2). O piruvato agora se tornou C2H3O ou acetil.
Segundo, a carga negativa do grupo ânion carboxilato ajuda a reações de cofator (reações NAD+ e NADH). Se você estiver familiarizado com o ciclo do Kreb, saberá que esses dois cofatores desempenham papéis extremamente importantes na produção de energia.
A etapa final da descarboxilação oxidativa do piruvato é a ligação da coenzima A a acetil. Essa ligação de alta energia e muito reativa se forma entre o grupo acetil e o enxofre da coenzima A para formar acetil-CoA. Essa molécula agora pode contribuir diretamente para o ciclo do ácido cítrico.
O ciclo do ácido cítrico forma constantemente e regenera a coenzima A e acetil-CoA. Uma única molécula de acetil-CoA produzirá 10 a 12 moléculas de ATP. Onde o grupo acetil foi liberado do acetil-CoA, a coenzima A restante AIDS na conversão de piruvato em acetil CoA antes de voltar a entrar no ciclo do ácido cítrico.
Formação acetil-CoA através de ácidos graxos
Diz-se também que a formação de acetil-CoA ocorre via catabolismo de ácidos graxos; No entanto, agora se entende que este acetil-CoA é um produto do metabolismo de carboidratos. Como o acetil-CoA pode ser convertido em lipídios e vice-versa, às vezes é confundido com uma função separada; Seu verdadeiro papel é como um catalisador de metabolismo monossacarídeo (glicose).
No metabolismo da gordura, os triglicerídeos ingeridos são divididos em sua menor forma – ácidos graxos livres; Estes são transportados para a corrente sanguínea. As células adiposas (adipócitos) no tecido adiposo se ligam a esses ácidos graxos com glicerol e os armazenam como cadeias de triglicerídeos para servir como fonte de energia de backup. Quando fontes de carboidratos são baixas, a energia pode ser obtida com gordura.
Isso envolve lipólise de triglicerídeos em ácidos graxos e glicerol com carga negativa. As reações de oxidação (adição de oxigênio) dos ácidos graxos formam acil CoA gorduroso – não o acetil CoA. É aqui que está a confusão. O corpo não pode usar acil CoA no ciclo do Kreb. Deve ser convertido em acetil-CoA.
A conversão de acil CoA gordurosa em acetil CoA ocorre dentro das mitocôndrias e requer a enzima acil CoA desidrogenase e toda uma série de reações que continuam até que todos os carbonos na cadeia de ácidos graxos tenham sido convertidos em moléculas de acetil coA. Isso pode entrar no ciclo do Kreb. Os rendimentos de ATP dos ácidos graxos são muito inferiores aos dos monossacarídeos – apenas 14 para os 36 dos carboidratos.
Estrutura de acetil-CoA
A estrutura de acetil-CoA é composta por um grupo de coenzima transportador e um grupo acetil anexado. Uma coenzima auxilia uma enzima na quebra de uma variedade de moléculas biológicas.
Os grupos acetil contêm duas unidades de carbono e têm a fórmula química C2H3O. Eles são compostos por um grupo metil (CH3) ligado por uma única ligação a um grupo carbonil de ligação dupla (CO).
Em acetil-CoA, o grupo acetil liga-se à coenzima A. coenzima A é uma molécula composta por beta-mercaptoetilamina, ácido pantotênico (uma vitamina essencial), fosfato e difosfato de adenosina (ADP). A parte da coenzima é um transportador para o grupo acetil. Ele traz o grupo acetil para o lugar certo e permite que o grupo acetil transfira dois átomos de carbono para outras substâncias dentro do ciclo do ácido cítrico.
Acetil-CoA na gliconeogênese
A gliconeogênese é, em termos simples, a glicólise ao contrário. Onde os níveis de glicose são baixos, como em um episódio hipoglicêmico diabético ou durante a fome ou jejum a longo prazo, o corpo pode fazer glicose a partir de fontes não carboidratas. O acetil-CoA desempenha um importante papel regulatório na gliconeogênese. A maior parte da gluconeogênese ocorre nas células do fígado; Reações menores ocorrem nas células dos rins.
Na gliconeogênese, o piruvato deve primeiro ser convertido em ácido piruvico de fosfoenol (PEP) sob a influência de várias enzimas. O acetil-CoA regula essa taxa de conversão, pois controla diretamente uma das muitas enzimas envolvidas nesta etapa-piruvato carboxilase.
O feedback sobre a necessidade e o fornecimento de energia do corpo também é fornecido via disponibilidade de acetil-CoA. Quando os níveis de acetil-CoA são altos, o piruvato é removido do ciclo do ácido cítrico e armazenado.
A próxima etapa é a conversão de frutose em uma forma de glicose dentro do retículo endoplasmático da célula (fígado). Essa glicose fornece energia adicional e econômica e também reabastece os lojas de glicogênio perdidas no fígado. As etapas preparatórias são seguidas conforme descrito na formação de acetil-CoA via seção de glicose acima.
Acetil coenzima A: papéis adicionais
O acetil-CoA tem muitos papéis adicionais. Isso inclui síntese de lipídios, colesterol e esteróides que são a fonte de sais biliares, hormônios sexuais, aldosterona e cortisol. Esses produtos químicos e hormônios suportam uma ampla gama de funções digestivas, reprodutivas e do sistema nervoso.
Os corpos de cetona, um tópico popular de discussão em fóruns de perda de peso, são o resultado de eventos de fome. A disponibilidade do ácido oxaloacético é importante no ciclo do ácido cítrico e diretamente associado à disponibilidade de acetil-CoA. No ciclo do ácido cítrico, o acetil-CoA combina com ácido oxaloacético para formar ácido cítrico.
Quando no modo de fome ou durante períodos de hipoglicemia, as reservas de glicogênio ficam esgotadas ou não podem ser usadas. A gliconeogênese – síntese de glicose de gorduras e proteínas – é necessária. Se o ácido oxaloacético estiver em falta, o acetil CoA forma corpos de cetona (cetogênese). Com corpos de cetona, não é necessário um ácido oxaloacético.
São corpos cetona que podem ser detectados no sopro de pessoas que sofrem de cetoacidose diabética. Os corpos de cetona podem fornecer energia para os órgãos mais importantes (coração, rins e cérebro) quando os níveis de glicose são baixos.
Esse uso de fontes de energia não-glicose também é a base de dietas de baixo carboidrato, como a dieta atkins muito baixa e sem carboidratos (que causou muita controvérsia ao longo dos anos) e mais recentemente anunciou estilos de vida de jejum intermitentes que permitem carboidratos, mas Envolva estados em jejum de 12 a 72 horas. Os efeitos a longo prazo do jejum intermitente ainda não foram comprovados, mas até agora os resultados parecem positivos. Dietas baixas a nenhum carboidrato parecem fornecer evidências conflitantes. Aqueles que consideram uma dessas dietas devem consultar primeiro o médico e organizar exames de sangue de seis meses.
Questionário
1. Qual destes está na sequência correta ao quebrar moléculas maiores em moléculas menores?
2. O que descreve o piruvato oxidativo da descarboxilação?
3. O que causa o odor típico da respiração da cetoacidose diabética?
4. Pantotenato é:
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Bibliografia
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Cox, Kp. (2019). Deve conhecer biologia do ensino médio. Nova York, McGraw Hill Professional. Harvey RA, Ferrier DR. (2011). Resenhas ilustradas de Lipincott: Quinta edição de bioquímica. Filadélfia (PA), Wolters Kluwer. Chaudhry R, Varacallo M. (atualizado em 2019). Bioquímica, glicólise. Treasure Island (FL), Statpearls Publishing. Retirado de: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/nbk482303/
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Última atualização em 19 de agosto de 2022