Bioquímica Metabólica: Ayuno, Lípidos, Aminoácidos y Toxicidad

Metabolismo en Ayuno Prolongado y Conceptos Bioquímicos Clave

Metabolismo en Ayuno Prolongado: Cambios y Significado

Durante un periodo de ayuno prolongado, el organismo no recibe nutrientes del entorno, lo que provoca una disminución en los niveles de glucosa en sangre. La caída de la concentración de glucosa no es drástica, ya que es esencial mantener niveles mínimos para asegurar la supervivencia de las células que dependen de ella. Para evitar que la glucosa descienda excesivamente, el hígado moviliza sus reservas de glucógeno y sintetiza glucosa a través de la gluconeogénesis.

Este proceso es posible porque la disminución de glucosa en sangre induce un aumento en la concentración de glucagón. El glucagón es la hormona que estimula la gluconeogénesis hepática (mediada por la regulación de la Fructosa-2,6-bisfosfato) y la glucogenólisis (a través del cAMP). Además, el glucagón activa la lipasa, que hidroliza los triglicéridos (TG) del tejido adiposo, liberando ácidos grasos (AG). Estos ácidos grasos pasan a la sangre, se distribuyen por el organismo y sirven como fuente de energía alternativa. Su aumento en sangre no es excesivamente elevado, ya que se liberan y utilizan hasta que las reservas se agotan. En el hígado, la energía producida por la beta-oxidación de los ácidos grasos se utiliza para la síntesis de cuerpos cetónicos, los cuales pasan a la sangre y aumentan su concentración, siendo utilizados como combustible alternativo, especialmente por tejidos que no pueden usar directamente los ácidos grasos.

Comparación de la Síntesis y Degradación de Ácidos Grasos

A continuación, se comparan aspectos clave de la síntesis y degradación de ácidos grasos:

• Localización Subcelular:

  • Síntesis: Ocurre en el citosol.
  • Degradación: Tiene lugar en la matriz mitocondrial.

• Transporte de Sustratos a la Localización:

  • Síntesis: El acetil-CoA, que sirve como sustrato, se transporta en forma de citrato desde la mitocondria al citosol mediante el sistema de transporte de los tricarboxilatos. Una vez en el citosol, la citrato liasa genera nuevamente el acetil-CoA.
  • Degradación: Los ácidos grasos se activan a acil-CoA en el citosol y luego entran a la matriz mitocondrial como acil-carnitina, gracias al sistema de la carnitina.

• Agentes Reductores y Oxidantes:

  • Síntesis: Utiliza NADPH como agente reductor.
  • Degradación: Emplea FAD+ y NAD+ como agentes oxidantes.

• Organización del Sistema Enzimático:

  • Síntesis: Implica la existencia de un complejo multienzimático (ácido graso sintasa).
  • Degradación: Las enzimas están todas libres (no forman un complejo).

• Otro Aspecto Clave:

  • Síntesis: Todos los intermediarios del proceso son tioésteres de la proteína transportadora de acilos (ACP).
  • Degradación: Todos los intermediarios del proceso son tioésteres del coenzima A (CoA).

Metabolismo de Ácidos Grasos de Número Impar de Carbonos y Gluconeogénesis

Un esquimal con una dieta inadecuada podría mejorarla con la inclusión de ácidos grasos de número impar de átomos de carbono. Esto se debe a que, en general, no se puede sintetizar glucosa a partir de ácidos grasos, ya que su producto principal de degradación es el acetil-CoA, el cual no es un sustrato gluconeogénico neto (no puede convertirse en oxalacetato para la gluconeogénesis). Sin embargo, los ácidos grasos con número impar de carbonos, al degradarse, generan múltiples unidades de acetil-CoA y una molécula de propionil-CoA. El propionil-CoA se convierte en succinil-CoA, un intermediario del ciclo del ácido cítrico (CAC). El CAC posee un carácter anfibólico, lo que significa que sus intermediarios pueden ser utilizados tanto en vías catabólicas como anabólicas, suministrando así precursores gluconeogénicos.

El Papel del Bicarbonato en la Síntesis de Ácidos Grasos: Una Aparente Contradicción

En experimentos in vitro, es necesario el bicarbonato (HCO3-) para la síntesis de ácidos grasos, lo que puede parecer una contradicción. Para la biosíntesis de ácidos grasos, es esencial la activación del acetil-CoA mediante la enzima acetil-CoA carboxilasa, en una reacción que consume ATP y HCO3- para formar malonil-CoA:

Acetil-CoA + ATP + HCO3- → Malonil-CoA + ADP + Pi

Sin embargo, el CO2 incorporado en el malonil-CoA se pierde en el paso de condensación posterior, catalizado por la β-cetoacil-ACP-sintasa, cuando el malonil-CoA cede el grupo acetilo al ácido graso en formación. Es decir, una carboxilación es seguida de una descarboxilación, y por lo tanto, el HCO3- marcado isotópicamente no se incorpora de forma neta al ácido graso en formación.

Destino del Nitrógeno de la Alanina y el Ion Amonio

El nitrógeno de la alanina puede aparecer como ion amonio (NH4+). El destino de este ion amonio es crucial para evitar su toxicidad. La alanina sufre una transaminación catalizada por una transaminasa, de forma que el grupo amino converge en un aumento de glutamato:

Alanina + α-cetoglutarato → Piruvato + Glutamato

Posteriormente, el glutamato sufre una desaminación oxidativa, liberando el ion NH4+:

Glutamato + H2O + NAD+ → α-cetoglutarato + NH4+

En mamíferos, el destino principal del ion amonio es el ciclo de la urea, donde se convierte en urea para su excreción en forma de un producto soluble y no tóxico.

Toxicidad por Ureasa en Conejos: Un Caso Clínico

La presencia de ureasa en conejos bien alimentados puede provocar convulsiones y muerte. Esto se debe a que la ureasa cataliza la reacción de hidrólisis de la urea:

Urea → NH4+ + CO2

Esta reacción revierte la función principal del ciclo de la urea, que es eliminar el amonio tóxico. Al hidrolizar la urea, la ureasa aumenta los niveles de amonio (NH4+) en sangre, produciendo la característica toxicidad por amonio, que afecta gravemente al sistema nervioso central y puede ser letal.