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LÍPIDOS I LIPIDOS Grupo diverso de compuestos desde el punto de vista estructural cuya característica compartida es la insolubilidad en agua, por esto se encuentran compartimentalizados. Funciones: • Componentes de membranas • Hormonas • Vitaminas liposolubles • Aislantes térmicos • Moléculas de señalización • Cofactores enzimáticos • Transportadores electrónicos • Pigmentos que absorben la luz LIPIDOS DIETARIOS Se encuentran en fuentes animales (lácteos, huevos, carnes), en alimentos procesados (panes, galletitas), y otras (palta, aceitunas, frutos secos). Los pescados son ricos en AG de la familia de los omega 3. ~90% de las grasas que ingerimos están compuestas por triacilglicerol (TAG). El ~10% restante corresponde a: colesterol, esteres de colesterol, fosfolípidos, AG libres (no esterificados) y vitaminas liposolubles. LIPIDOS DIETARIOS RESUMIDAMENTE 1. Las sales biliares emulsionan las grasas formando micelas 2. Lipasas intestinales degradan los TAG 3. Los AGs y otros productos de la digestión son tomados por la mucosa intestinal y convertidos en TAG 4. Los TAG son incorporados con colesterol y apolipoproteínas en los quilomicrones 5. Los quilomicrones viajan por el sistema linfático y el torrente sanguíneo hacia los tejidos 6. La lipoproteína activada por apo-C III en los capilares convierten los TAG en AG y glicerol 7. Los AG entran a la célula 8. Los AG son oxidados como combustible o re-esterificados para almacenamiento. LIPIDOS DIETARIOS La digestión de lípidos en adultxs y niñxs sanxs se produce casi completamente en el intestino delgado por enzimas pancreáticas. En RN la secreción pancreática de lipasa es baja, así que lo hacen las lipasas linguales y una lipasa gástrica. El estómago interviene en la digestión de lípidos gracias a su acción peristáltica. Las grasas que llegan al duodeno son emulsionadas por las sales biliares provenientes de la vesícula biliar y forman micelas. LIPIDOS DIETARIOS Las lipasas pancreáticas que se activan en el intestino degradan los triglicéridos de estas micelas y los AG y otros productos son tomados por las células de la mucosa intestinal y una vez en los enterocitos son convertidos nuevamente en TAGs. Estos se incorporan con colesterol y APO en quilomicrones, los cuales viajan a los diferentes tejidos vía sistema linfático y torrente sanguíneo La lipoprotein lipasa activada por APO C II en capilares de los tejidos convierte a los TAG en AG libres lo que entran a las células donde se oxidan o se reesterifican y en glicerol el cual sigue al hígado donde es metabolizado FUNCION DE LOS ACIDOS BILIARES Emulsión de los lípidos: proceso CRITICO ya que aumenta la superficie expuesta para que las enzimas puedan actuar sobre ellas. Mayor superficie = mayor degradación. FUNCION DE LOS ACIDOS BILIARES La emulsificación se produce gracias a dos mecanismos complementarios: 1. Presencia de sales biliares, producidas a partir de colesterol en hígado y almacenadas en vesícula biliar. 2. Mezclado producido por el peristaltismo. FUNCION DE LOS ACIDOS BILIARES Las sales biliares están formadas por un anillo esteroideo con una cadena lateral de glicina o taurina unida por enlace amida. Tienen una cara polar y una no polar, por lo que pueden actuar con la superficie de las gotas de TAG en el duodeno estabilizándolas para evitar que coalescan (es decir que formen una gota lipídica más grande). Esto también favorece que las lipasas adquieran mayor actividad enzimática mediante cambios conformacionales. La digestión de lípidos se da en el intestino por enzimas liberadas en su mayoría por el páncreas. FUNCION DE LOS ACIDOS BILIARES 1. LIPASA PANCREATICA: Cataliza la hidrolisis de uniones éster en los carbonos primarios (1 y 3) del glicerol de los TAG, quedando 2-MAG (es un monoacilglicerido con AG esterificado a nivel del OH del C2 del glicerol) y AG libres que forman las micelas que se absorben en el enterocitos. La colipasa es una enzima liberada por la VB que se une a la lipasa facilitando su anclaje a la superficie de la gota lipídica. ENZIMAS INVOLUCRADAS: FUNCION DE LOS ACIDOS BILIARES 2. ISOMERASA: Para la hidrolisis de 2- MAG es necesaria la presencia de esta enzima que traslada el grupo acilo de la posición 2 (o b) a la posición 1 (o a). Luego la hidrolisis del MAG se completa por acción de la lipasa. ENZIMAS INVOLUCRADAS: FUNCION DE LOS ACIDOS BILIARES 3. COLESTEROL ESTERASA: Es la enzima que cataliza la hidrolisis de los esteres de colesterol, rompe enlace éster entre AG y OH del colesterol liberando AG y colesterol libres. ENZIMAS INVOLUCRADAS: FUNCION DE LOS ACIDOS BILIARES 4. FOSFOLIPASA A2: Cataliza la hidrolisis del enlace éster que une el AG al hidroxilo del C2 del glicerol en los glicerofosfolipidos, liberando un AG libre y un lisofosfolipido (un glicerofosfolipido que no tiene esterificado ningún AG en C2). Sobre ese lisofosfolipido actúan después lisofosfolipasas que liberan AG y glicerolfosfato que se liberan por heces. . ENZIMAS INVOLUCRADAS: CONTROL HORMONAL DE LA DIGESTION DE LIPIDOS La llegada de los lípidos y proteínas parcialmente digeridas al duodeno estimula a células de la mucosa para que liberen colecistoquinina (CCK)una hormona peptídica que estimula a la VB y al páncreas exocrino para que liberen bilis y lipasas respectivamente. La secretina es otra hormona peptídica secretada por células intestinales que estimula al páncreas para que libere bicarbonato que neutraliza pHacido para que las lipasas puedan actuar. CONTROL HORMONAL DE LA DIGESTION DE LIPIDOS La llegada de los lípidos y proteínas parcialmente digeridas al duodeno estimula a células de la mucosa para que liberen colecistoquinina (CCK)una hormona peptídica que estimula a la VB y al páncreas exocrino para que liberen bilis y lipasas respectivamente. La secretina es otra hormona peptídica secretada por células intestinales que estimula al páncreas para que libere bicarbonato que neutraliza pHacido para que las lipasas puedan actuar. ABSORCION DE LIPIDOS POR CELULAS DE LA MUCOSA INTESTINAL Los AG libres, MAG y colesterol libre son los ppales productos de la digestión en el yeyuno. Estos junto con los ácidos biliares forman micelas que se acercan a los bordes de las células en cepillo de los enterocitos para que los lípidos puedan atravesar la membran y puedan entrar al enterocito. Una vez allí, a nivel del RE serán sustrato para síntesis o resíntesis de TAG y esteres de colesterol que junto a las APO proteínas formaran un tipo especial de lipoproteínas quilomicrones, que son liberados por exocitosis a la linfa donde luego pasan por vena subclavia al torrente sanguíneo y llegan a los tejidos. ABSORCION DE LIPIDOS POR CELULAS DE LA MUCOSA INTESTINAL Los AG con menos de 14 C (AG cadena corta y media) entran directamente a los enterocitos (sin micelas) y pasan directamente a vena porta. QUILOMICRONES Es un tipo de lipoproteínas, con forma esférica con un núcleo interno (formado por componentes lipídicos y proteicos hidrofóbicos) y una capa externa (proteínas y cabezas polares hidrofílicos) METABOLISMO En el intestino se sintetiza la APO lipoproteína B 48 (característica de los quilomicrones). QUILOMICRONES Los quilomicrones recién sintetizados con APO B 48 y TAG (como ppal. lípido constituyente) salen a circulación donde reciben, por transferencia a partir de las HDL (lipoproteína), otras APO proteínas como la APO C2 (activadora de la hidrolisis de los TAG por la lipoproteil lipasa que se encuentra ppalmente enel musculo y en tejido adiposo) y la APO E. Los AG libres que no son incorporados a los tejidos permanecen en circulación transportados por albumina, y el glicerol va al hígado donde es fosforilado a glicerol-3-P por la glicerol kinasa donde entra a la vía glucolítica a la altura de las triosas fosfato. QUILOMICRONES Los quilomicrones que así descargaron la mayor parte de los TAG transfieren la APO C2 a la HDL convirtiéndose así en quilomicrones remanentes ricos en esteres de colesterol, colesterol, fosfolípidos, APO B 48 y APO E, vuelven al hígado donde sufren endocitosis mediada por receptores y son digeridos a nivel de los lisosomas. QUILOMICRONES Los quilomicrones que así descargaron la mayor parte de los TAG transfieren la APO C2 a la HDL convirtiéndose así en quilomicrones remanentes ricos en esteres de colesterol, colesterol, fosfolípidos, APO B 48 y APO E, vuelven al hígado donde sufren endocitosis mediada por receptores y son digeridos a nivel de los lisosomas. MOVILIZACION DE TAG ALMACENADOS EN T. ADIPOSO La capacidad de almacenar grasa en los tejidos es virtualmente ilimitada, lo que quiere decir que todo lo que ingerimos, digerimos y absorbemos que está en exceso respecto de necesidades energéticas se acumula como TAG en TA. En cambio, la liberación de grasa está controlada hormonalmente para satisfacer necesidades del organismo en base a la demanda de energía. Este proceso se denomina lipolisis. (movilización de TAG de los depósitos en función de la demanda de energía). MOVILIZACION DE TAG ALMACENADOS EN T. ADIPOSO Inicia cuando el glucagón en situación de ayuno o la adrenalina en situación de estrés se unen a un receptor de membrana acoplado a una proteína g en la membrana de los adipocitos lo que conduce a la activación de adenilato ciclasa (AC), ↑ de AMPc y activación de la PKA. Esta última fosforila varias proteínas que estimulan la lipolisis entre ellas a las perilipinas (ppales proteínas diana) las cualesrecubren la superficie citosólica de las gotas lipídicas de los adipocitos. Son las que normalmente bloquean el acceso de las enzimas que degradan los TAG, pero tras la fosforilacion sufren cambio conformacional y dejan entrar a las LIPASAS SENSIBLES A HORMONAS las cuales, también fosforiladas por PKA, pueden hidrolizar los TAG para degradarlos. Los AG libres y el glicerol salen del adipocito y van al plasma, de ahí a los distintos tejidos según su necesidad. La mayor parte del glicerol va hacia el hígado para ser usado como sustrato de la gluconeogénesis. ¿Cómo uti l izan los distintos tej idos estos AG para obtener energía? En ayuno, ↓ glucemia, ↓insulina/glucagón, ↑ [glucagón] en sangre, ↑ gluconeogénesis, el hígado necesita ATP para poder hacer la gluconeogénesis, ↑ lipolisis, ↑ [AG] en sangre para ser utilizados como fuente de ATP (necesario en la gluconeo). ¿Cómo uti l izan los distintos tej idos estos AG para obtener energía? En ayuno, ↓ glucemia, ↓insulina/glucagón, ↑ [glucagón] en sangre, ↑ gluconeogénesis, el hígado necesita ATP para poder hacer la gluconeogénesis, ↑ lipolisis, ↑ [AG] en sangre para ser utilizados como fuente de ATP (necesario en la gluconeo). 4 PREGUNTAS FUNDAMENTALES 1. ¿En qué consiste la vía? ¿ Cuál/es es/son el/los sustrato/s? ¿Cuál/es es/son el/los producto/s? 2. ¿En qué células y en que compartimiento subcelular se producen? ¿Dónde se localizan las enzimas? 3. ¿En qué situación metabólica se encuentra activa o inactiva? 4. ¿Cómo se regula esta vía metabólica? Β OXIDACIÓN DE AG ■ Es la ruta metabólica mediante la cual se oxida a los AG para obtener ATP ■ Comprende la oxidación del carbono β del AG (saturados, monoinsaturados, polinsaturados, cadena impar). ■ Ocurre en las mitocondrias de tejidos como: hígado, M. esquelético (en reposo), corazón, riñón, T. adiposo, etc. Β OXIDACIÓN DE AG Consiste en la oxidación escalonada de la cadena carbonada de AG de dos en dos carbonos desde el extremo con el grupo carboxilo hacia el metilo terminal con la liberación de una molécula de acetil CoA por vuelta. Antes de sufrir este proceso deben ser activados y transportados a la matriz mitocondrial. Β OXIDACIÓN DE AG Como la membrana interna de la mitocondria es impermeable a los AGs libres de cadena larga y a los acil CoA, interviene un sistema de transporte especifico que funciona en estrecha relación con la activación metabólica necesaria que genera la activación de esta vía. La acil-CoA sintetasa (ACS) cataliza la activación de AG mediante conjugación de los mismos con la coenzima A con gasto de una molécula de ATP. La ACS presenta diferentes isoformas tejido especificas (la ACS especifica par AG de cadena larga es un enzima que puede estar unida a memb mitocondrial ext) Β OXIDACIÓN DE AG Las ACS utilizan un mecanismo de dos pasos: 1. activación del grupo carboxilo del AG por el ATP para producir un intermediario que se denomina acil adenilato con liberación de pirofosfato (PPi) 2. El grupo carboxilo activado interacciona con el grupo tiol de la coenzima A con lo que se desplaza el AMP y se forma acil CoA(la ruptura de ATP a AMP proporciona la fuerza impulsora para esta reacción, ya que el pirofosfato es hidrolizado x la pirofosfatasa presente en la mayor parte de las células) Β OXIDACIÓN DE AG Los acil CoA deben entrar a la matriz mitocondrial para ser oxidados. Este transporte inicia con la transferencia de la porción acilo a un transportador llamado carnitina en una reacción catalizada por la enzima carnitina acil transferasa 1 o carnitil palmitoil transferasa 1 (CPT1) que se encuentra en la MME con su sitio activo hacia el citoplasma. Esta enzima produce acil-carnitina que atraviesa la MMI gracias a un transportador especifico (acetil carnitina translocasa). Luego la CPT2 en la MMI del lado de la matriz completa el proceso intercambiando acil carnitina por carnitina libre produciendo así Acil CoA. La carnitina libre vuelve al espacio intermembrana por la misma translocasa, luego al citoplasma a través de poros de la MME y así se encuentra disponible para reanudar el ciclo. Β OXIDACIÓN DE AG Β OXIDACIÓN DE AG La CPT1 es fuertemente inhibida por el malonil CoA, que es el primer intermediario de la síntesis de AG. La entrada de AG a las mitocondrias es el paso limitante de velocidad de la β oxidación y ppal. punto de regulación de esta vía, logrando de esta manera que las condiciones que favorecen la síntesis de AG eviten la transferencia de moléculas de acilo a la matriz, evitando su oxidación, y favoreciendo su empaquetamiento como TAG en VLDL para ser transportados al T. adiposo. Β OXIDACIÓN DE AG PASOS Y ENZIMAS INVOLUCRADAS Una vez en la matriz mitocondrial los Acil- CoA se oxidan mediante una serie de pasos en las que las cadenas se acortan de a dos carbonos. El fragmento de 2C se libera como acetil CoA. Cada paso consta de 4 reacciones. La ruta es cíclica ya que cada vuelta termina con la formación de un acil CoA acortado en 2C que experimenta el mismo proceso de nuevo. Así por ejemplo una molécula de palmitoil CoA procedente de un AG de 16C sufre 7 oxidaciones y da 8 moléculas de CoA. Se llama β oxidación porque las 4 oxidaciones ocurren a nivel del carbono β. 4 reacciones de la β oxidación 1. DESHIDROGENACION Da un derivado enoil. Catalizado por la Acil Co A deshidrogenasa, que utilizando al FAD como grupo prostético elimina 2 H+ de los C α y β para dar un trans-2 enoil CoA. El FADH2 reducido cede sus electrones a una proteína lanzadera (flavoproteínade transferencia de electrones) que los transfiere a la coenzima Q de la cadena transportadora de electrones. 4 reacciones de la β oxidación 2. HIDRATACION del = del trans-2 enoil CoA: es catalizada por enoil co A hidratasa y produce un β hidroxiacil-CoA 4 reacciones de la β oxidación 3. DESHIDROGENACION del grupo OH (oxidación a acetona) catalizada por la β hidroaxil CoA deshidrogenasa que produce βcetoacil CoA y NADH + H+que transfiere sus electrones al complejo NADH deshidrogenasa de la cadena transp de electrones 4 reacciones de la β oxidación 4. FRAGMENTACION del β cetoacil Co A catalizada por tiolasa mediante el ataque de una segunda molécula de coenzima A sobre carbono β (fragmentación tiolica) liberando un acetil CoA 2C y un Acil- CoA dos carbonos más corto que el sustrato original. RENDIMIENTO ENERGETICO DE LA Β OXIDACION Tomando como ejemplo al acido palmítico: 1 Palmitoil-CoA + 7 CoA-SH + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 H2O → 8 Acetil-CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+ 1 acetil-CoA que entra al CK → 10 ATP ■ 3 NADH (para cadena transportadora) ■ 1 FADH2 (para cadena transportadora) ■ 1 GTP o (ATP) Entonces los 8 acetil-CoA = 80 ATP El paso 1 de la β oxidación → 4 ATP ■ 1 FADH2 (para cadena transportadora) ■ 1 NADH (para cadena transportadora) ■ 1 acetil-CoA RENDIMIENTO ENERGETICO DE LA Β OXIDACION Entonces los 7 CoA-SH = 28 ATP A este rendimiento hay que restarle los 2 ATP consumidos durante la activación del ac palmítico a Palmitoil-CoA (reacción catalizada por la ACS). 7 x 4) + 8 x 10 – 2 = 106 ATP por oxidación completa a CO2 y H2O de una molécula de ácido palmítico (16C) REGULACION B OXIDACION Se controla por la disponibilidad de sustrato. Es decir, presencia de AG en matriz = oxidación de los mismos. Además, se suma el control hormonal del movimiento de las grasas en los adipocitos. Hígado: regulación coordinada entre síntesis y degradación de AGs. 1. Carnitina acil transferasa I: ppal. punto de regulación de la vía (por su papel en el trasporte de sustratos hacia la matriz). El malonil-CoA que es el primer intermediario de la síntesis de AG la inhibe. 2. Β-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa: inhibida por alta NADH/NAD+ 3. Tiolasa: inhibida por acetil CoA. Β OXIDACION DE AG INSATURADOS Estos AG contienen dobles enlaces en configuración cis que no pueden ser hidratados por la enoil-CoA hidratasa, que actúa solamente sobre compuestos trans. Para que estos AGs insaturados se oxiden deben intervenir otras dos enzimas. Enoil-CoA isomerasa La isomerasa actúa sobre los AG monoinsaturados como el ácido oleico por ejemplo (18:1). Con el = cis entre el C9 y el C10. El ácido oleico se activa, se transporta a las mitocondrias y se lleva a través de tres ciclos de β oxidación (igual que los AG saturados). El producto del tercer ciclo es el ésterCoA de un AG de 12C con un = cis entre el C3 y el C4. Este doble enlace no solo está en la configuración inadecuada para hidratarse (cis) sino que además está en una posición inadecuada (recordar que la hidratación se hace en el enlace entre el C1 y el C2). Entonces la enoil-CoAisomerasa convierte este cis-3-enoil CoA en un trans-2-enoil-CoA sobre el que la enoil-CoAhidratasa si puede actuar y se prosigue como en la β oxidación de AG saturados. Β OXIDACION DE AG INSATURADOS Β OXIDACION DE AG INSATURADOS 2,4-dienoil-CoA reductasa: Esta enzima interviene en la oxidación de los AG poliinsaturados como el ácido linoleico (18:2 Δ9, 12). Este AG de 18C contiene = cis (C9=10 y C12=C13). El linoleil-CoA experimenta tres ciclos de β oxidación de la misma manera que el oleilCoA para dar un acil-CoA de 12 C con = cis entre C3=C4 y C6=C7. La isomerasa convierte el = 3 cis a =2 trans. Luego seproduce una hidratación, una deshidrogenación y una fragmentación tiolitica para dar acetil-CoA y un enoil- CoA de 10C insaturado entre C4=C5 y entre C2=C3. La 2,4-dienoil-CoA reductasa dependiente de NADPH, lo convierte en un cis-3-enoil-CoA. La isomerasa actúa nuevamente generando un trans-2-enoil- CoA que experimenta los ciclos restantes de la β oxidación de manera normal. Β OXIDACION DE AG INSATURADOS Mediante estas reacciones tanto los AG monoinsaturados como los diinsaturados de 18 carbonos pueden degradarse a 9 moles de acetilCoA. Naturalmente se produce una ligera reducción del rendimiento energético global debido a que cada = del AG original significa un paso menos de la reducción del FAD en el procedimiento global. Un = en un C par debe reducirse a expensas del NADPH lo que equivale a un costo ~ 2,5 ATP. Las dos enzimas auxiliares permiten que todos los AG poliinsaturados de cadena par se degraden de manera similar. Β OXIDACION DE AG DE CADENA CON NUMERO IMPAR DE ATOMOS DE C Aunque la mayoría de los AG de los lípidos naturales contienen cadenas connumero par, hay una pequeña porción que tiene cadenas con un numero impar, lo que plantea un problema metabólico especial que se resuelve de manera novedosa. El sustrato del último ciclo de la β oxidación de un acil-CoA de cadena impar es un acil-CoA de 5C. La fragmentación tiolitica de este sustrato produce 1 mol de acetil-CoA y otro de propionil- CoA. A diferencia del acetil-CoA que se cataboliza mediante el ciclo del ácido cítrico, el propionil-CoAdebe metabolizarse aún más antes de que sus C puedan entrar en el ciclo del ac. cítrico para su completa oxidación a CO2 Β OXIDACION DE AG DE CADENA CON NUMERO IMPAR DE ATOMOS DE C Este metabolismo posterior, incluye en primer lugar, la carboxilación del propionil-CoA dependiente de ATP, catalizada por la enzima propionil-CoA carboxilasa, que contiene biotina como grupo prostético. El producto es la Dmetilmalonil-CoA, que sufre entonces una epimerizacion a su estereoisómero por acción de la metilmalonil-CoA epimerasa. Luego, este derivado de acil-CoA de cadena ramificada se convierte en el correspondiente compuesto de cadena lineal que resulta ser succinil-CoA (mediante una reacción poco común). La enzima L-metilmalonil-CoA mutasa, requiere un cofactor denominado 5’-desoxiadenosilcobalamina, derivado de la Vit B12. Β OXIDACION DE AG DE CADENA CON NUMERO IMPAR DE ATOMOS DE C La imposibilidad de catabolizar adecuadamente el propionil-CoA tiene consecuencias graves en el ser humano. La deficiencia de la L-metilmalonil-CoA mutasa o de la síntesis de la coenzima adenosilcobalamina genera acumulación de L-metilmalonil-CoA que sale de las células en forma de ácidometilmalonico. Esto causa acidosis grave (↓ pH sanguíneo) causa daños a nivel del SNC. Este raro trastorno, denominado acidemia metilmalónica, suele ser mortal en una fase temprana de la vida. La enfermedad puede tratarse, a veces, con la administración de dosis altas de vitamina B12. En estos casos, la mutación reduce la afinidad de la mutasa por su coenzima B12, y puede inducirse la función de la enzima si es posible aumentar la concentración de la coenzima considerablemente SINTESIS DE CUERPOS CETONICOS Cuando se sintetiza mayor acetil-CoA del que puede entrar en el ciclo de Krebs entra en juego la síntesis de cuerpos cetónicos denominado cetogénesis y tiene lugar en las mitocondrias del hígado y en menor medida del riñón. SINTESIS DE CUERPOS CETONICOS ¿Qué situaciones metabólicas estimulan la cetogénesis? Ayuno, ↓ glucemia, ↓ insulina/glucagón, ↑ gluconeogénesis; ↑ requerimiento de ATP p gluconeogénesis (lo obtenemos de la β oxidación de AG movilizados por la lipolisis en T adiposo). Los ↑niveles de acetil CoA resultante inhiben a la piruvato deshidrogenasa (PDH) y activan a la piruvato carboxilasa (PC). El oxalacetato se usa para su conversión en PEP para gluconeo SINTESIS DE CUERPOS CETONICOS En estas condiciones en la matriz mitocondrial, 2 molecs de acetil-CoA se condensan por la actividad inversa de la tiolasa para dar acetoacetilCoA. Este puede reaccionar a su vez con una tercera molécula de acetil-CoA para dar βhidroxi β metil glutaril-CoA (HMG-CoA) esto esta catalizado por la HMG-CoA sintasa. El HMG-CoAsufre la accion de la HMG- CoA-liasa para producir el primer cuerpo cetonico: acetoacetato. SINTESIS DE CUERPOS CETONICOS El acetoacetato experimenta una reduccion catalizada por la β- hidroxibutirato deshidrogenasa dependiente de NADH para dar lugar a D-β-hidroxibutirato (otro cuerpo cetonico) o en cantidades muy pequeñas puede descarboxilarse por accion de la acetoacetato descarboxilasaproduciendo acetona (otro cuerpo cetonico). Estos cuerpos cetonicos se trasladan desde el higado donde se producen hasta los tejidos perifericos que los utilizan como combustible alternativo ya que pueden ser reconvertidos en acetil-CoA SINTESIS DE CUERPOS CETONICOS Esta reconversion implica la tranferencia ezimatica de una porcion de la coenzima A desde el succinil CoA al cetoacetato para dar succinato y acetoacetil-CoA, esto esta catalizado por la enzima β-cetoacil-CoA transferasa Esta enzima se encuentra en todos los tejidos menos en el higado de manera que este puede sintetizar cuerpos cetonicos pero no utilizarlos como combustible. El acetoacetil-CoA se convierte por la tiolasa en dos moelculas de acetil CoA que entran al ciclo de Krebs. INTERRELACION DEL METABLISMO DE LIPIDOS Y GLUCIDOS EN AYUNO El glucagon estimula lipolisis, se liberan AG que se transportanpor albumina y glicerol. El glicerol llega al higado donde se usa en gluconeogenesis, es glucosa se vuelca a la sangre para sostener la glucemia. Los AG tambien llegan al higado y se β oxidan para dar la energia para gluconeo. INTERRELACION DEL METABLISMO DE LIPIDOS Y GLUCIDOS EN AYUNO El acetil CoA se acumula debido a que no puede entrar al ciclo de krebs (estamos en AYUNO) por lo que el oxalacetato se usa en gluconeo. Entonces el acetil CoA se usa para formar cuerpos cetonicos, los cuales son vertidos al torrente sanguineo y llegan a los tejidos extrahepaticos de manera que puedan ser usados como combustible. Este acetil CoA tmabien es modulador positivo de la piruvato carboxilasa. La produccion de cuerpos cetonicos es FISIOLOGICO. Ej. el corazon durante el sueño obtiene energia de los cuerpos cetonicos. La cetogenesis es muy importante en dos situaciones patologicas: inanicion y DBT no tratada. En inanicion (ayuno extremo), el cerebro que no tiene su ppal combustible (glucosa) sufre una adaptacion metabolica para poder procesar cuerpos cetonicos. En la DBT no tratada, los tejidos son incapaces de utilizar eficazmente la glucosa, se produce superproduccion de cuerpos cetonicos(cetosis), lo que produce ↓ pH sanguineo (cetoacidosis). SINTESIS DE NOVO DE AG Es una via reductora, que utiliza Acetil-CoA como precursor. Ocurre en el citoplasma celular (ante condicion de exceso de energia de glucidos y Aa) de tejidos como higado, glandula mamaria, y tejido adiposo. Ocurre en 2 etapas: 1. Sintesis de un intermediario de 3C (malonil-CoA), a partir de acetil-CoA y Bicarbonato 2. Elongacion, por adicion escalonada de unidades de 2C procedentes del AcetilCoA, hasta palmitato o acido palmitico.(16C) Requiere: • Fuente de carbono • Energia metabolica • Poder reductor SINTESIS DE NOVO DE AG ¿Cuáles son las fuentes de C y de NADPH? Fuentes de poder reductor: La ppal fuente del NADPH requerido es la ruta de las pentosas fosfatos (por cada glucosa que se oxida a Ribulosa-5-P en la fase oxidativa de la via se generan 2 NADPH: uno en la reaccion catalizada por la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa y otra en la reaccion catalizada por la 6-fosfogluconato deshidrogenasa). Fuentes de carbono: los carbonos necesarios para la sintesis de novo de AG proceden del acetil Co A derivado del metabolismo de los HC y proteinas de la dieta TRANSPORTE DE ACETILOS HACIA EL CITOPLASMA El acetil CoA se genera en matriz mitocondrial por lo que debe ser transportado al citoplasma para se utilizado en la sintesis de AG, pero este no puede atravezar la MMI por lo que se utiliza un sistema de lanzaderas que es importante porque es un punto de control de la via y genera gran parte del NADPH TRANSPORTE DE ACETILOS HACIA EL CITOPLASMA El citrato que se forma en las mitocondrias a partir de oxalacetato y acetilCoA en el primer paso del ciclo de Krebs, se transporta por un transportador especifico en la MMI hasta el citoplasma. Alli es hidrolizado gracias a la citrato liasa mediante el gasto de ATP para regenerar el acetil CoA (que queda disponible en el citosol para la sintesis de AG) y oxalacetato TRANSPORTE DE ACETILOS HACIA EL CITOPLASMA El oxalacetato, vuelve a la matriz mitocondrial, pero antes debe ser transformado ya que no existen transportadores para el en la mitocondria. Entonces es reducido por la malato deshidrogenasa a malato (paso inverso del ciclo de Krebs) parte de ese malato vuelve a la matriz mitocondrial mediante un transportador de malato/αcetoglutarato donde se incorpora al ciclo de krebs hasta dar citrato. Sin embargo la mayor parte del malato producido se descarboxila oxidativamente por la enzima malica para dar piruvato (fuente de NADPH). El priuvato se transporta a la matriz mitocondrial donde por la piruvato carboxilasa se convierte en oxalacetato CONDICIONES METABOLICAS PARA LA SINTESIS DE ACIDOS GRASOS ¿Qué quiere decir? → que situacion metabólica hace que en la matriz mitocondrial se genere citrato en exceso respecto a la cantidad que se necesita para su oxidacion en el ciclo de Krebs. RTA: el exceso de HC ingeridos con la dieta Ante esto, el higado y el T adiposo tienen la capacidad de desviar el acetil CoA generado a partir del consumo excesivo de HC porque expresan una citrato sintasa que no se inhibe alostericamente por alta relacion ATP/ADP o NAD+/ NADH pero si se inhibe la isocitrato deshidrogenasa disminuyendo la oxidacion de citrato en ciclo de krebs determinando su transporte al citoplasma. SINTESIS DE MALONIL COA ■ primer intermediario de la via ■ ppal punto de control de sintesis AG ■ Malonil CoA se sintetiza mediante acetil CoA y bicarbonato gracias a la accion de la acetil CoA carboxilasa (ACC) con gasto de una molécula de ATP. ■ Al igual que otras enzimas, como la PC, que catalizan reacciones de carboxilacion, usa biotina como cofactor unido covalentemente a un grupo epsilon amino de un residuo de lisina osea que es un grupoprostetico. SINTESIS DE MALONIL COA ■ La reaccion se produce en dos pasos: 1. La actividad biotina carboxilasa de la enzima cataliza la formacion del intermediario N-carboxi-biotina (con gasto de ATP). 2. La actividad transcarboxilasa trasfiere el grupo carboxilo activado desde la carboxibiotina al acetil CoA produciendo manonil CoA. La acetil CoA carboxilasa consiste en una sola proteina con dos cadenas polipeptodiscas identicas. Cuando esta en forma dimerica, es inactiva. Mediante diversas señales se polimeriza a una forma filamentosa activa. ESTRUCTURA DE LA ACIDO GRASO SINTASA La sintesis de AG continua por una serie de reacciones que desempeñael complejo de la acido grasa sintetasa. Es un homodimero en el que cada cadena polipeptidica esta plegada en 7 dominios con diferentes actividades: 6 de estos tienen sitios activos con actividad catalitica especificas de las secuencias para la sintesis de AG, el 7mo dominio se denomina proteina transportadora oportadora de acilo (ACP). ESTRUCTURA DE LA ACIDO GRASO SINTASA La ACP tiene un rol clave en la sintesis ya que posee un residuo de panteteina (unido a traves de un residuo de serina que tiene un grupo sulfihidrilo reactivo como el de la coenzima A) que actua como un brazo oscilante flexible que transfiere los intermediarios de reaccion entre los 6 sitios activos de la acido graso sintasa. CARGADO Y PRIMER CICLO DE REACCIONES Secuencia de acciones para sintetizar una molécula de acido palmitico (16C) a partir de acetil co a. La AG sintetasa debe cargarse primero con los sustratos. La porcion acetilo de acetil CoA se carga en la ACP en una reaccion catalizada por la malonil acetil CoA ACP transferasa (MAT). El grupo acetilo se transfiere al sulfihidrilo de una cisteina del sitio activo de la beta cetoacil ACP sintasa (KS) produciendo acetil unido a KS. La porcion fosfo panteteina de la ACP esta disponible para cargarse con el segundo sustrato (malonil CoA), accion tambien catalizada por la MAT. La AG sintasa esta lista para el primer ciclo de elongacion de la cadena. CARGADO Y PRIMER CICLO DE REACCIONES En cada ciclo, un sustrato cebador (el grupo acetilo unido a la betacetoacil ACP sintasa) se condensa con una molécula extensora (malonino unido a la ACP). El ciclo de sintesis transcurre mediante 4 reacciones. Condensación – reducción – deshidratación – reducción del doble enlace Comenzamos con una molécula de malonil ACP(malonilo unido al tiol de la ACP) y una diacetil KS(un acetilo unido al tiol de la betacetoacil ACP sintasa o KS). En 4 reacciones se genera un butinil ACP (un acil de 4 C unido a la ACP) CARGADO Y PRIMER CICLO DE REACCIONES 1. CONDENSACION Es la formacion del enlace C-C entre el acetil KS y el malonil ACP activados para formar acetoacetil-ACP→ un grupo acetoacetilo unido a la ACP a traves del grupo SH de la fosfopanteina (simultaneamente se produce una molécula de CO2). Esta reaccion es catalizada por la betacetoacetil-ACP sintasa (KS) y se transfiere el grupo acetilo desde el -SH de la cisteina de la enzima al grupo malonilo que se encuentra unido al -SH de ACP. CARGADO Y PRIMER CICLO DE REACCIONES 2. REDUCCION La enzima betacetoacil reductasa (KR) produce betahidroxibutiril-ACP en una reaccion que utiliza NADPH como dador de electrones CARGADO Y PRIMER CICLO DE REACCIONES 3. DESHIDRATACION La betahidroxiacil ACP deshidrasa (DH) cataliza la reaccion para formar un trans-delta2-butenoil-ACP con perdida de una molécula de agua, formando un doble enlace. CARGADO Y PRIMER CICLO DE REACCIONES 4. REDUCCION DEL DOBLE ENLACE La enoil-ACP-reductasa (ER) reduce el doble enlace formando el butiril-ACP (esta reaccion utiliza NADPH como dador de electrones) Luego se da una translocacion del butiril de la ACP al grupo tiol de la KS por actividad de la acetiltransacilasa. Esto permite que el tiol de la panteteina de la ACP quede libre para el ingreso de una nueva molécula de malonil-CoA. La AG sintasa cargada puede iniciar otro ciclo de 4 reacciones. SEGUNDO CICLO DE REACCIONES Se alarga la cadena en 2C más. Se une otro grupo manolino al tiol de la ACP que habia quedado libre. La condensacion se da cuando el grupo butirilo (actua igual que el grupo acetilo del primer ciclo) se une a dos carbonos del manolil ACP con la perdida de un CO2. El producto de esta condensacion es un grupo acilo de 3C que permanece unido mediante enlace covalente a la ACP. Su grupo betaceto se reduce en las 3 etapas siguientes produciendo grupo acilo saturado de 6C. SEGUNDO CICLO DE REACCIONES 7 ciclos de condensacion y reduccion producen un AG de 16C unido a la ACP. Se libera de la ACP por una accion tioesterasa un palmitato libre. ECUACION GLOBAL PARA LA SINTESIS DE PALMITATO A PARTIR DE ACETILCOA: A. Sintesis de malonil-CoA: 7 acetil-CoA + 7 CO2 + 7 ATP → 7 malonil-Co-A + 7 ADP + 7 Pi B. 7 ciclos de condensacion-reduccion: Acetil-CoA + malonil – CoA + 14 NADPH + 14 H+ → palmitato + 7 CO2 + 8 CoA + 14 NADP++ 6 H2O C. Proceso global (a+b) 8 Acetil-CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 14 H+→ palmitato +8 CoA + 6 H2O + 7 ADP + 7 Pi + 14 NADP+ REGULACION DE LA SINTESIS DE AG Mecanismos de regulacion de la actividad de la Acetil-CoA carboxilasa (ACC) que es la enzima limitante de la velocidad de sintesis de AG ya que cataliza el paso limitante: • MODIFICACION COVALENTE El glucagon inhibe la sintesis de AG mediante la activacion de la PKA asi fosforilando a la ACC e inactivandolo, esto tiene sentido ya que las [glucagon] ↑ en situacion de ayuno, es decir que esta activala beta oxidacion de los AG. La AMPK se activa cuando ↑ AMP/ATP (inanicion, o ayuno). La insulina activa la sintesis de AG ya que promueve su desfosforilacion. REGULACION DE LA SINTESIS DE AG • REGULACION ALOSTERICA son moduladores alostericos de la ACC el citrato y los acetilos de cadena larga. La ACC debe experimentar una polimerizacion reversible para poder activarse, los acetilos de cadena larga inhiben esta polimerizacion, inactivando la enzima (es su producto). El citrato la activa alostericamente, estimulando su polimerizacion. Es el que transporta unidades acetilo desde la mitocondria, por lo que un ↑ de la [citrato] citoplasmatica se produce cuando hay un ↑ [acetilCoA] y [ATP] mitocondrial. De esta manera el citrato actua como precursor de acetil CoA para la sintesis de AG y tambien como activador del paso limitante de la via. REGULACION RECIPROCA DE LA SINTESIS Y DEGRADACION DE AG.
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