Metabolismo de Lípidos: Biosíntesis, Oxidación y Colesterol

La biosíntesis de ácidos grasos ocurre en el citosol, a partir de Acetil-Coenzima A (Acetil–CoA). La síntesis de ácidos grasos consiste en enlazar dos átomos de carbono entre sí y reducirlos para formar un ácido graso.

Son los principales constituyentes de lostriglicéridos (aceites y grasas, que actúan como reserva energética) y de los fosfolípidos (que forman el armazón de las membranas celulares).

Lipogénesis

Es la síntesis para la generación de grasa en el organismo. En este término se incluyen los procesos de síntesis de ÁCIDOS GRASOS y los subsiguientes TRIGLICÉRIDOS en el HÍGADO y el TEJIDO ADIPOSO.

La lipogénesis ocurre principalmente en el hígado y en el tejido adiposo y es estimulada por una dieta alta en carbohidratos y por la acción de la insulina.

La insulina es una hormona liberada por el páncreas como respuesta a la presencia de glucosa en la sangre. La insulina permite que la glucosa penetre en las células para ser utilizada como fuente de energía. Si la insulina no hace bien esta función, la glucosa se acumula en sangre produciendo hiperglucemia.

• Impide la liberación de ácidos grasos hacia la sangre: Inhibe una enzima (lipasa lipoproteasa) que transforma los triglicéridos ya existentes en el tejido adiposo en ácidos grasos.

Este proceso es inhibido por la presencia de ácidos grasos poliinsaturados y por el ayuno.

• La grasa poliinsaturada es un tipo de grasa dietaria. Es una de las grasas saludables, junto con la grasa monoinsaturada. La grasa poliinsaturada se encuentra en alimentos vegetales y animales, tales como el salmón, los aceites vegetales y algunas nueces y semillas.

Importancia de la Lipogénesis

Este tejido juega un papel crítico en el BALANCE ENERGÉTICO, aunque su importancia depende de la especie, la edad y el tamaño del organismo. La lipogénesis es la serie de reacciones bioquímicas mediante las cuales el acetil CoA, producto intermediario del metabolismo de la glucosa, se convierte en ácidos grasos.

Oxidación de Ácidos Grasos: Cetogénesis

Aun cuando los ácidos grasos son degradados por oxidación hacia acetil-CoA y se sintetizan a partir de esta última, la oxidación de ácidos grasos no es la inversa simple de su biosíntesis, sino que es un proceso por completo diferente que tiene lugar en un compartimiento separado de la célula. La separación entre la oxidación de los ácidos grasos en las mitocondrias y la biosíntesis en el citosol permite que cada proceso se controle de modo individual y se integre con los requerimientos del tejido. Cada paso en la oxidación de ácidos grasos incluye derivados acetil-CoA, y es catalizado por enzimas separadas, utiliza NAD⁺ y FAD como coenzimas, y genera ATP. La transferencia de energía a la molécula dinucleótido de flavina adenina (FAD) para convertirla en FADH2, es un mecanismo importante en la respiración celular. Consiste en un proceso de reducción que almacena energía en altos estados electrónicos en el FADH2. Es un proceso aerobio; requiere la presencia de oxígeno.

• PASO 1: Los ácidos grasos son activados
• PASO 2: Los ácidos grasos son transportados a la matriz mitocondrial
• PASO 3: β-oxidación

Cetogénesis

La cetogénesis es un proceso metabólico por el cual se producen los cuerpos cetónicos como resultado del catabolismo de los ácidos grasos.

Los cuerpos cetónicos se producen principalmente en las mitocondrias de las células del hígado.

Su síntesis ocurre en respuesta a bajos niveles de glucosa y después del agotamiento de las reservas celulares de glucógeno.

La producción de cuerpos cetónicos comienza para disponer de la energía guardada como ácidos grasos.

Los ácidos grasos son enzimáticamente descompuestos en la β-oxidación para formar acetil-CoA.

Bajo condiciones normales, la oxidación del acetil-CoA se produce en el ciclo de Krebs y su energía se transfiere como electrones a NADH, FADH2, y GTP.

Sin embargo, si la cantidad de acetil-CoA generada en el proceso de oxidación de los ácidos grasos es superior a la capacidad de procesamiento del ciclo de Krebs, o si la actividad en este proceso es baja dada la poca cantidad de elementos intermedios como el oxaloacetato, el acetil-CoA se usa para la biosíntesis de los cuerpos cetónicos: acetona, acetoacetato, β-hidroxibutirato. La síntesis de cuerpos cetónicos es intermediario en la síntesis del colesterol.

Los cuerpos cetónicos, el β-hidroxibutirato (βHB), el acetoacetato y la acetona se producen durante el ayuno mediante el proceso de cetogénesis hepática, a partir de la β-oxidación de los ácidos grasos y tienen una importante función en el metabolismo energético.

¿Qué es la dieta cetogénica?

La dieta cetogénica consiste en generar una situación de cetosis (formación de cuerpos cetónicos) similar a la del ayuno prolongado, mediante la restricción de alimentos ricos en azúcares y el incremento de alimentos ricos en grasas, con un adecuado aporte proteico. Como consecuencia de dicha dieta, la situación de cetosis es crónica, a diferencia de la causada por el ayuno, que tiene carácter temporal.

• Por ello, la dieta cetogénica es muy útil en numerosas enfermedades causadas o exacerbadas por un déficit de energía o una regulación metabólica anormal de la misma.
• La producción endógena de cuerpos cetónicos (cetogénesis) es un proceso dinámico en el que intervienen múltiples factores y puntos de regulación, por lo que no es posible establecer con precisión las concentraciones de βHB que se generaran en sangre con las intervenciones (ayuno, dieta cetogénica) que dependen de la cetogénesis endógena.

La Dieta Cetogénica es una dieta especial. La palabra “Cetogénica” significa que una sustancia química, llamada cetonas, se produce en el cuerpo (Ceto=cetonas, génesis=producción).

• Alta en grasa
• Moderada en proteína, cuidadosamente controlada
• Baja o nula en carbohidratos

Beta-oxidación

Se denomina beta-oxidación (o también β-oxidación) al proceso catabólico necesario para que los ácidos grasos puedan ser metabolizados completamente en la mitocondria (con el objetivo de producir energía en forma de ATP).

Los ácidos grasos están formados por una gran cadena hidrocarbonada que pueden tener entre 4 y 33 carbonos.

Sin embargo, para que puedan ser oxidados en el ciclo de Krebs, necesitan convertirse en moléculas de menor tamaño molecular (esto es, acetil CoA).

Por tanto, la beta-oxidación es un proceso que se encarga de “desestructurar” progresivamente las largas cadenas de carbonos de los ácidos grasos y convertirlas en moléculas más pequeñas.

• Oxidación por FAD;
• Hidratación;
• Oxidación por NAD⁺;
• Tiólisis.
• Estas reacciones se repiten hasta que el ácido graso es descompuesto totalmente en Acetil-CoA y posteriormente se cataboliza en el ciclo de Krebs, al igual que sucede con otros sustratos energéticos.

• De una manera más específica, la beta-oxidación produce la eliminación sucesiva de dos átomos de carbono en cada ciclo del proceso, hasta que el ácido graso se descompone por completo en moléculas de Acetil-CoA.
• Además, durante la beta-oxidación también se producen coenzimas reducidas (NADH y FADH₂) que pueden ingresar en la cadena respiratoria, por lo que es un proceso metabólico que también produce una cierta cantidad de energía.

¿Dónde se produce la Beta Oxidación?

• Antes de que se produzca la beta-oxidación, los ácidos grasos deben activarse con coenzima A y atravesar la membrana mitocondrial interna, que es impermeable a ellos.
• En este paso debe usarse como transportador la carnitina.

¿Cuál es el papel de la carnitina en el transporte de ácidos grasos al interior de la mitocondria?

1. La carnitina entra en la célula a través de la membrana plasmática mediante un transportador de carnitina (CT).
2. La enzima carnitina palmitoil transferasa I (CPT-I) transforma los ácidos grasos de cadena larga activados (LC-AcilCoA) en acilcarnitinas (LC-Acilcarnitina).
3. Éstas son transportadas a través de la membrana mitocondrial interna mediante la carnitina acilcarnitina traslocasa (CACT).
4. La carnitina palmitoil transferasa II (CPT-II) situada en la membrana mitocondrial interna, transforma las acilcarnitinas en acil-CoA y libera la carnitina, que sale de la mitocondria mediante la translocasa.
5. Los ácidos grasos de cadena media y corta no precisan del sistema de transporte de la carnitina, pasando directamente a la mitocondria.

• La deficiencia de carnitina se presenta cuando no llega una cantidad suficiente del nutriente carnitina a las células del cuerpo.
• Obtenemos carnitina por medio de algunos de los alimentos que comemos.
• La carnitina es especialmente vital para ciertas células, como las musculares.
• La deficiencia de carnitina puede darse en hombres, mujeres y niños de todas las edades y todos los grupos étnicos.

• Deficiencia primaria de carnitina. Es una afección poco frecuente debida a un gen anormal. Este gen causa un problema con una sustancia que lleva la carnitina desde la sangre hasta el interior de las células. En algunos casos, esta afección solo provoca una reducción de los niveles de carnitina en los músculos. Esto se conoce como deficiencia primaria de carnitina.
• Si además están afectados el hígado y el corazón, puede llamarse deficiencia sistémica de carnitina. También se la conoce como defecto de captación de carnitina.

• Deficiencia secundaria de carnitina. Se trata de una afección más común. En este caso, el problema no está en el ingreso de la carnitina a las células. En cambio, se presenta cuando no hay suficiente cantidad de carnitina en la sangre.

¿Cuáles son los eicosanoides?

• Son productos de oxigenación (oxidación) de ácidos grasos poliinsaturados de cadena larga de 20 carbonos (eicosa en griego significa “veinte”).
• Los eicosanoides: prostaglandinas, tromboxanos, leucotrienos.

Los eicosanoides o icosanoides son un grupo de moléculas de carácter lipídico originadas de la oxidación de los ácidos grasos esenciales de 20 carbonos tipo omega-3 y omega-6. Funciones: Como mediadores para el sistema nervioso central, los eventos de la inflamación y de la respuesta inmune tanto en vertebrados como en invertebrados.

• Están agrupados en prostaglandinas, tromboxanos, leucotrienos, y ciertos hidroxiácidos precursores de los leucotrienos.

Vía de las Ciclooxigenasas

Se producen prostaglandinas. Se obtienen por ciclación y oxidación. Función: Regulación de la presión sanguínea y la coagulación, respuesta inflamatoria, actividad del aparato digestivo, etc.

Vía de las lipooxigenasas

Se producen leucotrienos y tromboxanos. Se obtienen por oxidación y deshidratación manteniendo la cadena abierta. Función: Actúan como potentes constrictores de la musculatura lisa, aumenta la permeabilidad muscular (mediadores de algunos procesos de inflamación crónica), etc.

• Los tromboxanos son mediadores importantes de las acciones de ácidos grasos poliinsaturados transformados por la lipooxigenasa. Compuestos fisiológicamente activos que se encuentran en muchos órganos y tejidos.
• Tienen actividades antiinflamatorias. Las principales acciones de las prostaglandinas incluyen la vasodilatación, contracción del músculo liso e inflamación.

Síntesis, Transporte y Excreción del Colesterol

• Apreciar la importancia del colesterol como un componente estructural esencial de las membranas celulares, e indicar su papel patológico en enfermedades.
• Apreciar que el equilibrio de colesterol en las células está estrechamente regulado.
• Explicar el papel de las lipoproteínas plasmáticas, lipoproteína de baja densidad (LDL) y lipoproteínas de lata densidad (HDL).
• Entender que la clase de lipoproteína en la cual se transporta el colesterol tiene importancia en la determinación de los efectos del colesterol plasmático.

El colesterol está presente en los tejidos y en el plasma, sea como colesterol libre o combinado como éster de colesterol, la forma de almacenamiento. En el plasma, ambas formas se transportan en lipoproteínas. El colesterol es un componente estructural esencial de las membranas, donde es importante para el mantenimiento de la permeabilidad y fluidez correctas, y de la capa externa de las lipoproteínas plasmáticas. Se sintetiza en muchos tejidos a partir de la acetil-CoA, y es el precursor de todos los otros esteroides en el organismo, incluso corticosteroides, hormonas sexuales, ácidos biliares y vitamina D.

La biosíntesis del colesterol tiene lugar en el retículo endoplasmático liso. El retículo endoplasmático liso elabora otras sustancias que necesita la célula, como los lípidos (grasas) y los carbohidratos (azúcares). El retículo endoplasmático es un orgánulo celular.

1. Tres moléculas de acetil-CoA se combinan entre sí formando mevalonato, el cual es fosforilado a 3-fosfomevalonato 5-pirofosfato.
2. El 3-fosfomevalonato 5-pirofosfato es descarboxilado y desfosforilado a 3-isopentil pirofosfato.
3. Ensamblaje sucesivo de seis moléculas de isopentil pirofosfato para originar escualeno.
4. Ciclación del escualeno a lanosterol.
5. El lanosterol se convierte en colesterol después de numerosas reacciones sucesivas, enzimáticamente catalizadas, que implican la eliminación de tres grupos metilo (–CH₃).

¿Qué es el colesterol HDL y el LDL?

• El colesterol HDL y colesterol LDL son dos tipos de lipoproteínas, una combinación de grasas (lípidos) y proteína.
• Los lípidos necesitan unirse a las proteínas para poder moverse en la sangre.
• El HDL y el LDL tienen funciones diferentes:

HDL significa lipoproteínas de alta densidad en inglés. A veces se le llama colesterol "bueno" porque transporta el colesterol de otras partes del cuerpo. Luego elimina el colesterol del cuerpo.

LDL significa lipoproteínas de baja densidad en inglés. En ocasiones se le llama colesterol "malo" porque un nivel alto de LDL lleva a una acumulación de colesterol en las arterias.

¿Qué es el colesterol?

• El colesterol es una sustancia serosa y parecida a la grasa que se encuentra en todas las células de su cuerpo.
• El hígado produce colesterol y también se encuentra en algunos alimentos, como carne y productos lácteos.
• El cuerpo necesita algo de colesterol para funcionar bien, pero tener demasiado colesterol en la sangre aumenta el riesgo de enfermedad de las arterias coronarias.

triglicéridos 50-180mg-dl

fosfolípidos

¿Qué puede afectar mi nivel de colesterol malo (LDL)?

• Dieta: La grasa saturada y el colesterol en los alimentos que se consume aumentan el nivel de colesterol LDL en la sangre.

¿Cómo un alto nivel de colesterol malo (LDL) puede elevar mi riesgo de enfermedad de las arterias coronarias y otras enfermedades?

• Si tiene un nivel alto de colesterol LDL, esto significa que tiene demasiado colesterol LDL en la sangre. Este LDL adicional, junto con otras sustancias, forma placa. La placa se acumula en sus arterias; lo que se conoce como arterioesclerosis.
• La enfermedad de las arterias coronarias ocurre cuando la acumulación de placa se encuentra en las arterias de su corazón. Hace que las arterias se endurezcan y se estrechen, lo que disminuye o bloquea el flujo de sangre a su corazón. Dado que su sangre transporta oxígeno a su corazón, esto significa que su corazón no podrá obtener suficiente oxígeno. Esto puede causar angina (dolor de pecho) o, si el flujo de sangre está completamente bloqueado, un ataque al corazón.