Metabolismo de Los Lipidos Bioquimica

May 8, 2018 | Author: Aldo Omar | Category: Fatty Acid, Lipid, Metabolism, Mitochondrion, Biomolecules


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Instituto Tecnológico de MéridaUnidad # 5 Materia: Bioquímica. Profesora: MC. Sara Alicia Gónzalez Novelo. Alumno: Aldo Omar Huchim Pool Carrera: Ing. Bioquímica. Ingreso: 4º Semestre: Enero – Junio 2013 Nombre de la tarea: Metabolismo de lípidos. Introducción: Los lípidos son biomoléculas que nos proveen de energia y nos ayudan a reservarla en el organismo para que posteriormente podamos disponer de ella, hay muchas formas en el que el organismo puede llevar a cabo el uso y almacenamiento de estas biomoléculas. En esta tarea se mencionaran los procesos en el que el organismo degrada y sintetiza lípidos para poder aprovecharlos en sus funciones diarias que le permitan seguir viviendo y llevar a cabo sus funciones adecuadamente. Este proceso está catalizado por acil-CoA sintetasas del retículo endoplásmico o de la membrana mitocondrial externa de las que existen distintas formas con diferencias en su especificidad. para ser metabolizados se activan mediante la unión de coenzima A. en la alimentación promedio americana. Como los ácidos grasos no son moléculas muy reactivas. Esta enzima actúa en el citosol tanto sobre ácidos grasos saturados como sobre insaturados y.1. Las moléculas de triacilgliceroles se digieren dentro de la luz del intestino delgado. según los tejidos. entre un 30 y un 40 % de las calorías que se ingieren las proporcionan las grasas. Activación de los ácidos grasos y transporte en la mitocondria para incorporarse a la β-oxidación. En los animales. mientras que en el cerebro muestra actividad con ácidos grasos de hasta 24 carbonos. Todos los ácidos grasos se activan a entrar a la célula para ser metabolizados mediante la siguiente reacción: La activación de los ácidos grasos implica la rotura de dos enlaces "ricos en energía" por:    La hidrólisis del ATP a AMP y pirofosfato: ATP + H2O → AMP + PPi La posterior hidrólisis del PPi: PPi + H2O → 2 Pi + 2 H+ Lo que hace que se considere que en el proceso de activación se consumen dos ATP. en el hígado actúa sobre ácidos grasos de 6 a 20 carbonos. Por ejemplo. Resumido en una ecuación general: Ácido graso (de cadena larga) + ATP + CoA + H2O → acilgraso-CoA+AMP+2Pi Este proceso se lleva a cabo en dos etapas: . su especificidad puede variar. la mayoría de los ácidos grasos se obtienen de la alimentación. Los ácidos grasos son una fuente de energía importante y eficaz para muchas células. que produce la forma activada acil graso-CoA (o acil-CoA). Transporte a la mitocondria Una vez activado el ácido graso debe ser transportado al interior de la mitocondria para ser oxidado:  Los ácidos grasos de cadena corta son transportados directamente a la matriz mitocondrial. anhídrido mixto donde el grupo carboxilo del ácido graso esta enlazado al grupo fosforilo del AMP.  Los ácidos grasos de cadena larga necesitan un mecanismo de transporte especial para pasar a través de la membrana interna mitocondrial: conjugación a carnitina El transporte mediante carnitina se muestra a continuación: . Etapa 2 El grupo sulfhidrilo del Co Aataca entonces al aciladenilato para formar acil-CoA y AMP. Esta molécula permanece fuertemente unida a la enzima.Etapa 1 El ácido graso reacciona con ATP para formar un aciladenilato. y pirofosfato. El grupo acilo se transfiere desde el átomo de azufre del CoA al grupo hidroxilo de la carnitina para formar acilcarnitina. . Acilcarnitina actúa entonces como una lanzadera a través de la membrana interna mitocondrial. 4. inversa a la que tiene lugar en el lado citosólico. enzima unida a la membrana externa mitocondrial. Una vez en el lado de la matriz mitocondrial el grupo acilo es transferido de nuevo a una molécula de CoA en una reacción catalizada por la carnitinaacil transferasaII (carnitinapalmitiltransferasa II). 2. De esta forma entran los acidos grasos activados a la mitocondria para su posterior degradación mediante la B-oxidación.1. 3. Translocasadevuelve de nuevo la carnitina a la cara citosólica intercambiándose por otra acilcarnitina que entra. por acción de una translocasa. en una reacción catalizada por carnitina aciltransferasa I (carnitina palmitiltransferasaI). Una vez formados.b-enoil-CoA. El producto de esta reacción es la trans-a. catalizada por la acil-CoA deshidrogenasa (una flavoproteína de la membrana mitocondrial interna). La posterior B-oxidación genera un ácido dicarboxílico de cadena corta. las moléculas de cadenas impares o cadenas ramificadas normalmente requieren un paso de a-oxidación en el que la cadena de ácido graso se acorta un carbono por una descarboxilación oxidativa a pasos. cada una de ellas específica de una longitud de cadena del ácido graso. por ejemplo.oxidación se muestra a continuación: Reacción 1 La ruta comienza con una reacción de oxidación-reducción. que es el que se encuentra separado dos carbonos del grupo carboxilo. (La B-oxidación se denomina así porque se oxida el carbono B de los ácidos grasos. que se denomina B-oxidación.2. En algunos organismos. Existen varias isoenzimas de la acil-CoA deshidrogenasa. el carbono más alejado del grupo carboxilo puede oxidarse mediante un proceso denominado w-oxidación. la mayoría de los cuales degradan ácidos grasos poco habituales. que cataliza la enoil-CoA hidratasa.) Se conocen otros mecanismos de degradación de los ácidos grasos. comporta una hidratación del doble enlace entre los carbonos a y b: . en la que se separa un átomo de hidrógeno de cada uno de los carbonos a y b y se transfieren a un FAD unido a la enzima: El FADH2 producido en esta reacción cede a continuación 2 electrones a la cadena de transporte electrónico mitocondrial (CTE). impar saturados e insaturados La mayoría de los ácidos grasos se degradan por la separación secuencial de fragmentos de dos carbonos desde el extremo carboxilo. Se conoce muy poco sobre la estructura. Oxidación de los ácidos grasos cadena par. Durante este proceso. la acetil CoA y los otros productos de cadena corta pueden utilizarse para generar energía o para proporcionar intermediarios metabólicos. El proceso de B. al romperse el enlace entre los átomos de carbono a y b se forma acetil-CoA. Reacción 2 La segunda reacción. mecanismo o relevancia de las enzimas de la (o-oxidación. se rompe una acil-CoA de cuatro carbonos para formar dos moléculas de acetil-CoA. La producción de una b-cetoaciI-CoA la cata liza la b-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa: Los electrones que se transfieren al NAD+. . que suele denominarse rotura tiolítica. se libera una molécula de acetil-CoA.Reacción 3 El carbono b se encuentra ahora hidroxilado. posteriormente se ceden al Complejo 1 de la CTE Reacción 4 Finalmente. La siguiente ecuación resume la oxidación de la palmitoil-CoA: Las moléculas de acetil-CoA producidas por la oxidación de los ácidos grasos se convierten en el ciclo del ácido cítrico en CO2 y H20 al formarse otros NADH yFADH2. Una parte de la energía que se libera al oxidarse el NADH y FADH2 por la CTE se captura posteriormente en la síntesis de ATP mediante la fosforilación oxidativa. El otro producto. una acil-CoA. Los cuatro pasos que se acaban de exponer constituyen un ciclo de b-oxidación. En la reacción siguiente se oxida este grupo hidroxilo. se separa un fragmento de dos carbonos. en el último ciclo. Durante cada ciclo posterior. contiene ahora dos átomos de C menos. Este proceso que a veces se denomina espiral de b-oxidación. continúa hasta que. la tiolasa (que también se denomina b-cetoacil-CoA tiolasa) cataliza la rotura Ca-Cb: En esta reacción. que es impermeable a ellos. un intermediario del ciclo del ácido cítrico. La β-oxidación de estos ácidos grasos tiene lugar normalmente en el último ciclo de β-oxidación que proporciona una molécula de acetil-CoA y una molécula de propionil-CoA. Β-Oxidación de ácidos grasos saturados. Aunque la mayoría de los ácidos grasos contiene un número par de atomos de carbono.El resultado de dichas reacciones son unidades de dos carbonos en forma de Acetil-CoA. producen moléculas de ácidos grasos de cadenaimpar. No obstante. algunos organismos. En la siguiente figura ilustraremos el proceso de B-oxidación: . molécula que pueden ingresar en el ciclo de Krebs. La propionil-CoA se convierte posteriormente en succinil-CoA. y coenzimas reducidos que pueden ingresar en la cadena respiratoria. los ácidos grasos deben activarse con coenzima A y atravesar la membrana mitocondrial interna. La b-oxidación de ácidos grasos saturados consta de cuatro reacciones recurrentes: Oxidación por FAD -Hidratación -Oxidación por NAD+ -Tiólisis . antes de que produzca la oxidación.El proceso anterior es el que lleva a cabo los ácidos grasos de cadena par para los otros tipos de ácidos grasos se necesitan una serie de reacciones adicionales. El proceso se muestra a continuación: Β-Oxidacion de los acidos grasos de cadena impar. c en uno trans-ab. . La oxidación de los ácidos grasos insaturados como el ácido oleico requiere enzimas adicionales. La enzima enoil-CoA convierte el doble enlace cis-b. Se necesitan debido a que de forma diferente a los dobles enlaces trans que se introducen durante la b-oxidación los dobles enlaces de la mayoría de los ácidos grasos insaturados naturales poseen una configuración cis.B-Oxidación de los ácidos grasos insaturados. especialmente el músculo cardíaco y el músculo esquelético. acetona y Bhidroxibutirato): . Durante la inanición prolongada (es decir. Diversos tejidos. utilizan los cuerpos cetónicos para generar energía.Formación de los cuerpos cetónicos Cuando el producto de la degradación de los ácidos grasos (acetil-CoA) se encuentra presente en exceso. En la siguiente figura se muestra la formación de los cuerpos cetónicos (acetoacetato. se forman los cuerpos cetónicos. en ausencia de suficiente glucosa) el cerebro utiliza los cuerpos cetónicos como fuente de energía. . Esta enzima es activada por el citrato e inhibida por la palmitoil-CoA y por otros ácidos grasos de cadena larga. la insulina lleva a la activación de fosfatasas.3. Se distinguen dos procesos: Regulación a corto plazo La regulación del metabolismo de la grasa se hace por dos mecanismos distintos. al romperse el enlace entre los átomos de carbono α y β se forma acetil-CoA. Síntesis de lípidos Los ácidos grasos se sintetizan cuando un organismo tiene cubiertas sus necesidades energéticas y las concentraciones de nutrientes son altas. Uno es de regulación a corto plazo que es la regulación efectuada por eventos como la disponibilidad de sustrato. El incremento de la actividad de la PKA estimulada por el glucagón resulta en la fosforilación y por tanto la inhibición de la ACC. También existen otros mecanismos oxidativos para degrada determinados lípidos no estándar de lípidos. PKA). la activación de la PKA por el glucagón lleva a la fosforilación y a la activación del inhibidor de la fosfoprotein fosfatasa-1 (PPI-1). La actividad de la ACC también se afecta por fosforilación. La fosforilación más importante de la ACC sucede por acción de la proteína cinasa activada por el AMP (AMPK. La ACC es la enzima limitante (comprometida) en la síntesis de ácidos grasos. La mayoría de los lípidos se degradan por la separación secuencial de fragmento de dos carbonos desde el extremo carboxilo. que se denomina β-oxidación. lo que resulta en una disminución en la habilidad para defosforilar a la ACC manteniendo así a la enzima en un estado inactivo. Además. esta no es la misma enzima dependiente del cAMP. Por otro lado. Mecanismos de regulación La regulación del metabolismo de los lípidos (síntesis y degradación) está regida por las hormonas que determinaran la actividad enzimática que permitirá llevar a cabo los procesos de síntesis o degradación de estas biomoléculas. Aunque la mayoría de los ácidos grasos se suministran en el alimento. la mayor parte de los tejidos animales puede sintetizar algunos ácidos grasos saturados e insaturados. Durante este proceso. Mecanismos de regulación en la degradación y síntesis de lípidos Degradación de los lípidos La mayoría de los lípidos se degradan para formar acetil-CoA dentro de las mitocondrias en un proceso que se denomina β-oxidación. Ésta también se produce en los peroxisomas. Los ácidos grasos se sintetizan a partir de la acetil-CoA en un proceso que es semejante a la inversa de la β-oxidación. efectores alostéricos y/o modificaciones enzimáticas. que producen defosforilación de la ACC lo que resulta en un incremento de la actividad de la ACC. Todas estas formas de regulación se definen como regulaciones a corto plazo. con la superficie hidrofóbica en contacto con los lípidos para ser absorbido y la superficie hidrofílica en el medio acuoso.Regulación a largo plazo El control de enzimas de una determinada vía metabólica también puede hacerse por alteraciones en la síntesis de la enzima y por el ciclo de vida de cada enzima. la grasa en la dieta se descompone en partículas pequeñas que aumenta el área expuesta para el ataque rápido por las enzimas digestivas. Digestión y absorción de las grasas en el organismo y transporte y movilización de la grasa almacenada Los Lípidos son absorbidos en el intestino y se someten a la digestión y el metabolismo antes de que puedan ser utilizadas por el cuerpo. Los Ácidos grasos de cadena corta. hasta 12 carbonos son absorbidos directamente. Esto previene que los ácidos grasos sintetizados entren a la mitocondria para ser oxidados. Esto se produce por simple hidrólisis de los enlaces éster de los triglicéridos. 4. vitaminas liposolubles A. La regulación del metabolismo de la grasa también ocurre por medio de la inhibición de la carnitina aciltransferasa inducida por la malonil-CoA. Las Micelas mixtas sirven como vehículos de transporte para algunos lípidos solubles en agua provenientes de los alimentos y también para el colesterol. el ayuno lleva a una disminución en la síntesis de estas enzimas. pero sobre todo por las grasas parcialmente digeridas (ácidos grasos jabones y monacylglycerols) y por sales biliares. Esto se llama la acción detergente y emulsiona las grasas y produce micelas mixtas. Estos son efectos de regulación a largo plazo. Los Triglicéridos y grasas en la dieta son insolubles en agua y por lo tanto su absorción es difícil. Para lograr esto. La insulina estimula la síntesis de ACC y FAS. Se realiza la acción detergente por jugos digestivos. La mayoría de los lípidos dietéticos son las grasas y las moléculas complejas que el cuerpo necesita para romper con el fin de utilizar y obtener energía. Los niveles de lipoproteína lipasa del tejido adiposo también se incrementan por acción de la insulina y disminuyen en el ayuno. Esto les permite disolver en una interface aceiteagua. Las grasas se descomponen en pequeñas partículas por acción detergente y mezclado mecánico. mientras que. E y K. . D. Las Grasas en la dieta se someten a la emulsificación que conduce a la liberación de ácidos grasos. Las sales biliares como el ácido cólico contienen un lado que es hidrofóbico (repelente al agua) y otro lado que es hidrofilica (disolvente en agua). Los triglicéridos son la principal forma de reserva de lípidos en los animales y vegetales. Su hidrolisis. y la oxidación de los ácidos grasos que los conforman permiten generar ATP. En una célula animal. las etapas previas a este proceso son la activación del ácido graso y su pasaje a la matriz mitocondrial. previa transformación en dihidrixicetona 3P (D3P). estos tienen tejido adiposo que son grasas para evitar que se lesionen con los movimientos del cuerpo. . ejemplo con los riñones. No es conveniente almacenar mucha grasa porque es contraproducente al cuerpo debido al peso y la obstrucción de las venas y arterias. catalizada por lipasas. Los ácidos grasos son degradados por 2 oxidaciones. El AG activado (Acil-CoA) se une a la carnitina formando la acil-carnitina. Como vimos anteriormente la activacion de los AG es un proceso citoplasmatico y su oxidacion es en la matriz mitocondrial. Dentro del organismo se reserva en los tejidos de los organismos para su protección. Para ser oxidados los AG se deben activar y en eucariotas pasar del citosol a la mitocondria. En la reacción de activación de los AG. según la reacción general: El glicerol se metaboliza como una triosa por Vía glucolítica. que se resume abajo. rinde 3 ácidos grasos (AG) y glicerol. son transportados mediante un proceso en el que participan la proteina translocasa (acil-carnitina translocasa) y la carnitina segun se resume en el esquema que aparece abajo. Las reacciones para la síntesis de un AG son las mismas en diferentes organismos. se consumen dos enlaces de alta energía: un ATP rinde AMP + 2Pi. Sin embargo en animales y plantas se requieren de enzimas adicionales para generar una cadena mayor a 16 C (palmitico). los ácidos grasos almacenados en el tejido adiposo deben ser llevados a otros tejidos donde son utilizados como fuente de energía. y esos AG que los tenemos que ingerir con la dieta: son los esenciales. junto con el colesterol sintetizado en ese órgano. no lo es para trasladar lípidos: por su carácter hidrofóbico. Vía endógena: los líquidos sintetizados en el hígado son transportados hasta los tejidos. y el colesterol debe también transportarse de un tejido a otro en el organismo. Los animales tenemos desaturasas que generan dobles enlaces hasta 9 C después del grupo carboxilo. se transporta a otros tejidos. En este último caso. los aminoácidos. hormonas. el colesterol que se consume es llevado hasta el hígado y. las sales y otras sustancias solubles. por ejemplo: los lípidos que se ingieren deber ser transportados del intestino hacia otros tejidos del organismo. Como los lípidos pueden obtenerse de la dieta (exógenos) o ser sintetizados en el organismo (endógenos). . se generan dos vías distintas de transporte:   Vía exógena: los lípidos de la dieta son transportados desde el intestino hasta el hígado y otros tejidos. sin embargo. estos necesitan mecanismos especiales para ser transportados en la sangre. mientras que las plantas pueden generar instauraciones más allá del C 9.También se requieren de enzimas adicionales (desaturasas) para generar AG insaturados. donde se utiliza para la síntesis de membranas. etc. El sistema circulatorio es ideal para conducir sustancias hidrofílicas como la glucosa. los triglicéridos formados en el hígado deben dirigirse al tejido adiposo donde son almacenados. Transporte de las grasas en el organismo Una gran cantidad de lípidos debe ser transportado de un órgano a otro a través del sistema circulatorio. Un mecanismo importante para eliminar el colesterol es la conversión en ácidos biliares. Esta reacción la catalizada b-hidroxi-b-metilglutaril-CoA sintasa. En esta reacción b-cetobutiril-CoA se condensa con otra molécula de acetil CoA para formar la bhidroxi-b-metilgutaril-CoA (HMG-CoA). El agente reductor es el NADPH. Este proceso se divide en 3 fases: • • • Formación de HMG-CoA (β-hidroxi-β-metilglutaril-CoA) a partir de acetil-CoA Conversión de HMG-CoA en escualeno Conversión de escualeno en colesterol. .5. 1ra etapa La primera fase de la síntesis de colesterol es un proceso citoplásmico. Metabolismo de esteroides (reacciones de biosíntesis del colesterol y su transporte y utilización y su relación en la producción de ácidos biliares) La biosíntesis del colesterol se estimula cuando la alimentación tiene poco colesterol. El colesterol se utiliza como componente de la membrana celular y para la síntesis de metabolitos importantes. 2da etapa LA segunda fase de la síntesis de colesterol comienza con la reducción de la HMG-CoA para formar mevalonato. La condensación de dos moléculas de acetil-CoA para formar β-cetobutiril-CoA está catalizada por la tiolasa. el mevalonato se convierte a continuación en farnesil pirofosfato.LA HMG-CoA redusctasa que cataliza la última reacción es el paso limitante de la velocidad de la síntesis de colesterol. En un conjunto de reacciones citoplásmicas.) . (El grupo CH2=CH-CH2 -sobre una molécula orgánica se denomina grupo alilo. Una segunda reacción de fosforilación que cataliza la fosfomevalonato quinasa da lugar al 5pirofosfomevalonato. El S-pirofosfomevalonato se convierte en isopentenil pirofosfato en un proceso en el que hay una descarboxilación y una deshidratación: El isopentenil pirofosfato a continuación se transforma en su isómero dimetilalil pirofosfato por la isopentenil pirofosfato isomerasa. La mevalonato quinasa cataliza la síntesis de fosfomevalonato. El escualeno se sintetiza cuando la farnesil transferasa (una enzima microsómica) cataliza la condensación de dos moléculas de farnesil pirofosfato.El geranil pirofosfato se produce durante una reacción de condensación entre el isopentenil pirofosfato y el dimetilalil pirofosfato.) La geranil transferasa cataliza la reacción de condensación entre el geranil pirofosfato y el isopentenil pirofosfato que da lugar al farnesil pirofosfato. 3ra etapa La última fase de biosíntesis del colesterol comienza con la unión del escualeno a una proteína transportadora citoplasmica específica que se denomina proteína transportadora de esteroles. La conversión del esculeon en lanosterol que requieren con el intermediario unido a esta proteína.3-oxidoescualeno lanosterol ciclasa) . Las actividades enzimáticas que se requieren para la formación del epóxido dependiente de oxígeno (escualeno monooxigenasa) y la posterior ciclación (2. (las reacciones en las que se libera pirofosfato son irreversibles debido a la posterior hidrólisis del pirofosfato. El pirofosfato también es un producto de esta reacción y de dos reacciones sigu ientes. que dan lugar a la síntesis de lanosterol se encuentran en los microsomas. ellanosterol se convierte en 7-deshidrocolesterol. En un conjunto de transformaciones que utilizan el NADPH y el oxígeno. que cataliza la colesterol-7-hidroxilasa (una enzima microsómica). a la que permanece unido durante las reacciones restantes. Todas las actividades enzimáticas que cataJizan las 20 reacciones restantes necesarias para convertir el lanosterol en colesterol están embebidas en las membranas microsómicas. tiene lugar en el hígado. En . es la reacción Limitante de la velocidad de la síntesis de ácidos biliares. La conversión de colesterol en 7-ct-hidrocolesterol. el lanosterol se une a una segunda proteína transportadora. Ésta. Tras su síntesis. Este producto posteriormente se reduce por el NADPH para formar colesterol El mecanismo más importante para degradar y eliminar el colesterol es la síntesis de ácidos biliares. La escualeno monooxigenasa requiere para su actividad NADPH y FAD. Acontinuación la visualización del proceso: . se convierten en sales biliares por enzimas microsómicas que catalizan reacciones de conjugación. Las amidas y ésteres son ejemplos comunes de estos derivados conjugados. Los productos de este proceso.) La mayoría de los ácidos biliares se conjugan con glicina o taurina. el doble enlace de C-S se reagrupa y reduce y se introduce otro grupo hidroxilo. (En las reacciones de conjugación se incrementa la solubilidad de una molécula convirtiéndola en un derivado que contiene un grupo hidrosoluble. el ácido cólico y el ácido desoxicólico.reacciones posteriores. sin embargo también interviene hormonas en el papel de reguladoras que van a determinar la velocidad con la que se lleve a cabo estos procesos.Conclusión: Los procesos que tiene que seguir nuestro organismo para metabolizar los lípidos son complejos y se llevan a cabo por a través de varias reacciones. En estos procesos participan muchas enzimas que regulan las diferentes vías de metabolización de los lípidos. . Jose Maria Teijon Rivera.Bibliografía Mckee Trudy. Tebar “Fundamentos De Bioquimica Metabolica” 3ª Ed . James. 6ta Edición Amando Garrido Pertierra. “Bioquímica La base molecular de la vida” 3ra edición Stryer / Berg / Tymoczko “Bioquímica”. Mckee R.
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