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BIOQUIMICA HUMANA

Síntesis y degradación de ácidos grasos

Lipogenesis - Lipolisis Cetogénesis - Cetolisis

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OBJETIVOS Al finalizar el estudio de esta clase Ud. deberá ser capaz de: * enumerar las funciones principales de los ácidos grasos * reconocer las estructuras de los ácidos grasos saturados e insaturados. Especificar los átomos de carbono en posición α, β y ω así como la posición del doble enlace dado el número Δ. * Describir la reacción de activación de los ácidos grasos * Explicar la participación de la carnitina en el transporte de ácidos grasos hacia en interior de la mitocondria * Describir las 4 reacciones básicas de la β oxidación, identificar sustratos, productos, cofactores * Describir las reacciones de oxidación de ácidos grasos insaturados * Describir la oxidación de ácidos grasos de cadena impar * Calcular el rendimiento energético, en término de moléculas de ATP, de la β oxidación para un dado ácido graso * Especificar las bases bioquímicas que explican la inhabilidad de los animales de convertir ácidos grasos en glucosa * Indicar las diferencias entre la β-oxidación y la síntesis de ácidos grasos * Enumerar los sustratos y productos del paso obligado en la síntesis de ácidos grasos y describir su regulación * Indicar las funciones de ACP y CoASH en el metabolismo de los ácidos grasos * Describir las 4 reacciones de elongación en la síntesis de ácidos grasos * Calcular el costo energético para la síntesis de ácidos grasos y explicar el origen del NADPH utilizado * Describir el transporte de grupos de grupos acetilo y equivalentes de reducción a través de la membrana mitocondrial * Describir las reacciones de elongación y desaturación de los ácidos grasos ya sintetizados * Señalar que compuestos reciben el nombre de cuerpos cetónicos * Describir como y donde se sintetizan los cuerpos cetónicos * Describir como y donde se degradan los cuerpos cetónicos __________________________________________________________________________________ CONCEPTOS GENERALES La capacidad para almacenar y liberar energía en respuesta a las demandas es crucial para la supervivencia de un organismo. Una comunicación estrecha entre los múltiples sistemas fisiológicos de un organismo parece ser un prerrequisito para un manejo eficiente de la energía. Los depósitos de energía son depletados intermitentemente a lo largo del día y también durante períodos prolongados de tiempo en casos de ayuno o enfermedad. Para mantener las funciones celulares vitales el humano (y otros mamíferos) consume mas calorías que las requeridas para las necesidades metabólicas inmediatas y almacena las calorías en exceso como glucógeno, lípidos fundamentalmente. Las proteínas, si bien cumplen funciones específicas, pueden ser utilizadas como reserva energéticas en determinadas circunstancias. El tejido adiposo (o tejido graso) es un tipo de tejido conectivo compuestos por células (adipocitos) con gran contenido de lípidos rodeados por una matriz de fibras de colágeno, vasos sanguíneos, fibroblastos y células del sistema inmune. El tejido adiposo presenta las siguientes características:

1) los adipocitos tiene una gran capacidad para almacenar energía en forma de lípidos. 2) Los lípidos almacenados pueden ser rápidamente metabolizados y liberados como ácidos

grasos o bien ser usados para aumentar la termogénesis por desacople entre la fosforilación oxidativa y la cadena de transporte de electrones.

3) Los adipocitos se comunican con otros sistemas incluyendo el sistema nervioso central por hormonas (llamadas adipoquinas) de una manera endocrina o paracrina.

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Por lo tanto una alteración en la funcionalidad del adipocito es crucial para la patogénesis de enfermedades multisitematicas FUNCIONES DE LOS LIPIDOS Los lípidos son compuestos que se caracterizan fundamentalmente por la propiedad física de ser no polares y en consecuencia hidrofóbicos. La mayoría de estas moléculas contienen o derivan de los ácidos grasos. En la medida en que han avanzado las investigaciones sobre el metabolismo de los lípidos pudo determinarse que estas sustancias cumplen por lo menos 2 funciones principales. Por un lado, se ha demostrado que la oxidación de los ácidos grasos representa la vía principal de producción de energía metabólica. Así, su almacenamiento en la forma de triacilglicéridos es más eficiente y cuantitativamente más importante que el almacenamiento de hidratos de carbono como glucógeno. Por otro lado, se ha observado que las estructuras hidrofóbicas están compuestas fundamentalmente por ácidos grasos y sus derivados. Por lo tanto, la principal separación de las células y estructuras subcelulares en compartimientos acuosos separados es acompañado por membranas cuyas características hidrofóbicas son aportadas por la porción de los ácidos grasos de los lípidos complejos. Los lípidos tienen muchos otros roles, cuantitativamente menos importantes, pero de gran significancia fisiológica. Por ejemplo, propiedades tensioactivas de algunos lípidos complejos, que se evidencian en el mantenimiento de la integridad alveolar pulmonar y la solubilización de sustancias no-polares en los fluidos biológicos. Además, ciertas clases de lípidos como los esteroides y prostaglandinas, tienen roles fundamentales en el control del proceso metabólico. El metabolismo de los ácidos grasos y triacilgliceroles es tan crucial para el correcto funcionamiento del cuerpo humano, que un desequilibrio o una deficiencia en este proceso puede llevar a severas consecuencias patológicas. Los estados de enfermedad relacionados con el metabolismo de los ácidos grasos y triglicéridos incluyen obesidad, diabetes, cetoacidosis y anormalidad en el transporte de lípidos por la sangre. NATURALEZA QUIMICA DE LOS ACIDOS GRASOS Los ácidos grasos son cadenas alquílicas que terminan en un grupo carboxilo. La fórmula básica para un ácido graso completamente saturado es CH3-(CH2)n-COOH. El C carboxílico es el C número 1, el siguiente el número 2 y asi hasta terminar en el metilo El C2 también se denomina C alfa y al C3 se lo denomina C beta. El metilo final es el C omega. Las dobles ligaduras se indican con la letra griega delta (∆). Así el ácido graso siguiente CH3 – (CH2)7- CH = CH – (CH2)9 – COOH se denomina C20 : 1, ∆11 SE RECOMIENDA REPASAR LA GUIA DE ESTRUCTURAS QUIMICAS. FUENTES DE ACIDOS GRASOS Los ácidos grasos del organismo provienen tanto de la dieta como del la biosíntesis endógena. Los ácidos grasos son sintetizados cuando hay un exceso calórico en la dieta. La principal fuente de carbono para la síntesis de ácidos grasos son los hidratos de carbono de la dieta. Además, un exceso calórico correspondiente a las proteínas dietarias, también puede resultar en un aumento de la síntesis de ácidos grasos. En este caso, la fuente de carbonos son los aminoácidos que pueden ser convertidos a acetilCoA o a intermediarios del ciclo de Krebs. SINTESIS DE ACIDOS GRASOS

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En los humanos, la síntesis de ácidos grasos ocurre principalmente en el hígado, aunque el proceso puede ocurrir también en tejido adiposo. Cuando se consume un exceso de hidratos de carbono, la glucosa es convertida en acetilCoA, la cual provee unidades de 2 carbonos que se condensan en una serie de reacciones catalizadas por el complejo de la ácido graso sintetasa, produciendo palmitato. El palmitato es luego convertido a otros ácidos grasos. El complejo enzimático ácido graso sintetasa está localizado en el citosol, y por lo tanto usa acetilCoA citosólica. CONVERSION DE GLUCOSA A ACETIL-CoA CITOSÓLICA En el párrafo anterior dijimos que los ácidos grasos son sintetizados en el citoplasma. Las moléculas de AcetilCoA son formadas en la mitocondria por oxidación descarboxilante del ácido pirúvico. La membrana mitocondrial interna no es permeable a la acetil CoA y el transporte de este precursor de las mitocondrias al citoplasma está asegurado por la lanzadera del ácido cítrico. La acetilCoA mitocondrial es condensada con el ácido oxalacético por la citrato sintetasa. El ácido cítrico formado llega la citoplasma. La citrato liasa lo rompe en acetilCoA y ácido oxalacético. Este último es reducido por la málico deshidrogenasa en ácido málico cuya decarboxilación oxidativa por la enzima málica, que tiene por coenzima al NADP, conduce a la formación de ácido pirúvico. El ácido pirúvico citoplasmático llega luego al compartimiento mitocondrial donde es transformado en ácido oxalacético por la piruvato carboxilasa. Durante este ciclo de transporte, 2 moléculas de ATP son hidrolizadas.

Observar, que cada transferencia de una molécula de acetil CoA se acompaña de la oxidación de una molécula de NADH durante la acción de la málico deshidrogenasa y de la reducción de una molécula de NADP por la enzima málica. Para la síntesis de ácido palmítico, son necesarias 14 moléculas de NADPH + H+: 8 se forman durante el transporte de la acetilCoA, los otros 6 se forman por la vía del ciclo de las pentosas.

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CONVERSION DE ACETIL-CoA A MALONIL-CoA LA FORMACIÓN DE LA MALONILCoA ES EL PASO OBLIGADO EN LA SÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS. La acetil CoA es carboxilada por la enzima acetilCoa carboxilasa para formar malonilCoA. La reacción requiere ATP y CO3H- como fuente de CO2. El primer paso es la activación del CO2 que se une al resto biotina de la acetilCoA carboxilasa usando la energía aportada por el ATP. O CH3-C-SCoA + HCO3

- + ATP -OOC-CH2-C-SCoA +H2O + ADP + Pi O Enzima : acetil Co A carboxilasa La acetil carboxilasa es una enzima clave en la regulación de la síntesis de los ácidos grasos. En su estado protomérico es inactiva. Los protómeros se agregan para formar un polímero enzimáticamente activo cuando están en presencia de citrato. El palmitoil CoA inhibe la enzima. La acción de estos 2 efectores es muy lógica: se necesita incrementar la síntesis de ácidos grasos cuando hay una alta concentración de citrato; mientras que se trata de inhibir la síntesis cuando hay una gran acumulación del producto final de la vía. La acetil CoA carboxilasa también está regulada por un mecanismo mediado por cAMP de fosforilación-defosforilación. La enzima fosforilada es menos activa que la enzima desfosforilada. Hay evidencias experimentales que sugieren que la fosforilación está promovida por glucagon (via AMPc) así como por AMP (via una quinasa activada por AMP) y que la forma activa es promovida por insulina. La velocidad de síntesis de la acetilCoA carboxilasa también está regulada. Más enzima se produce en animales con dietas ricas en hidratos de carbono o dietas libre de grasas; mientras que el ayuno o dietas con alto contenido de lípidos disminuyen la síntesis de la enzima.

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COMPLEJO DE LA ACIDO GRASO SINTETASA La ácido graso sintetasa agrega, secuencialmente, unidades de 2 carbonos desde el malonil CoA a la cadena de ácido graso que se está formando y que conduce a la síntesis de palmitato. Después de la adición de una unidad de 2 carbonos, la cadena que se está sintetizando sufre 2 reducciones que requieren NADPH. La enzima acido graso sintetasa es una complejo de elevado peso molecular, compuesto por 2 dímeros idénticos, cada uno de los cuales tiene 7 centros catalíticos. Se trata de una enzima multifuncional cuya organización se esquematiza en la figura.

Cada una de las cadenas comprende 3 dominios funcionales, orientados desde el extremo N-terminal de la cadena hacia el extremo C-terminal. El primer dominio, responsable de la entrada de los sustratos comprende las actividades de enzima condensante (1), de acetil transferasa (2) y de malonil transferasa (3). El segundo dominio, es el de las reducciones y comprende la enoil-reductasa (4), la deshidratasa (5), la cetoacil-reductasa (6), así como la proteína transportadora de acilos (ACP) (7). El tercer dominio, situado del lado C-terminal es el de la liberación de ácido palmítico, catalizado por la palmitil-transferasa (8). La forma activa de la ácido graso sintetasa es un dímero en el que las subunidades idénticas tienen una orientación opuesta. La reacción de condensación requiere la intervención del grupo -SH de la enzima condensante de una subunidad y el grupo -SH de la ACP de la otra subunidad. Las dos funciones tiol pueden aproximarse durante esta reacción debido a la longitud y flexibilidad de la cadena carbonada de fosfopanteteína de la ACP, permitiendo así las reacciones de transferencia de radicales acilo entre la ACP y la enzima condensante. Durante las reacciones del ciclo de elongación, la cadena de ácido graso en vías de síntesis permanece fijada a la ACP y se presenta sucesivamente a nivel de los diferentes dominios de actividad enzimática responsables de este ciclo. Los intermediarios de síntesis no dejan la ácido graso sintetasa antes de la formación de la molécula de ácido palmítico.

Secuencia de reacciones en la síntesis de ácidos grasos

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En el paso inicial de la síntesis de ácidos grasos, una unidad acetilo es transferido desde la acetil CoA al grupo -SH de la fosfopanteteína de la ACP de una de las subunidades; y luego al -SH de la cisteína de la otra subunidad. El grupo malonilo de la malonilCoA luego se une al grupo -SH de la fosfopanteteína de la ACP de la primera subunidad. Las unidades acetilo y malonilo se condensan, con la liberación del grupo carboxilo del malonilo como CO2. Así, queda una cadena de 4 carbono (αceto acilo unida al grupo -SH de la fosfopanteteína de la ACP). Una serie de 3 reacciones reducen el grupo ceto a un alcohol, elimina agua para formar un nuevo enlace y reduce el doble enlace. El NADPH provee los equivalentes de reducción para estas reacciones. El resultado neto es que el grupo acetilo se ha elongado en 2 carbonos. La cadena de ácido graso de 4 carbonos es luego transferido al grupo -SH de la cisteína y luego se condensa con un grupo malonilo. Esta secuencia de reacciones se repite hasta que la cadena tiene 16 carbonos. En este punto ocurre la hidrólisis y el palmitato es liberado. El ácido palmítico recientemente sintetizado puede ser elongado o desaturado para producir una serie de ácidos grasos. En el hígado, el palmitato y otros ácidos grasos derivados del mismo, son convertidos en triacilgliceroles que son utilizados para la síntesis de VLDL (lipoproteína de muy baja densidad). En el hígado, la degradación de los ácidos grasos recientemente sintetizados es inhibida por malonilCoA. Además, la carnitina-palmitoil transferasa I (enzima involucrada en el transporte de ácidos grasos hacia la mitocondria) es inhibida por malonil CoA. Cuando los niveles de malonil CoA son elevados, la acetilCoA carboxilasa está activada, y la degradación de los ácidos grasos ((-oxidación) está inhibida. De esta manera se impide un ciclo "futil" de síntesis y degradación simultáneas.

ESTEQUEOMETRIA DE LA SINTESIS DE PALMITATO

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Acetil CoA + 7 malonil CoA + 14 NADPH + 14 H+ → palmitato + 7 CO2 + 14 NADP + 8 CoASH + 6 H2O Para calcular la energía que se necesita para la conversión de acetilCoA a palmitato, debemos agregar el ATP usado en la formación de la malonilCoA 7 acetil CoA + 7 CO2 + 7 ATP →7 malonilCoA + 7 ADP + 7 Pi Por lo tanto, la reacción total sería: 8 AcetilCoA + 7 ATP + 14 NADPH + 14 H+ → palmitato + 8 CoASH + 7 ADP + 7 Pi + 6 H2O + 14 NADP REGULACION DE LA SINTESIS DE ACIDOS GRASOS Biosintesis de palmitato Enzima Regulador Efecto Acetil CoA carboxilasa

* citrato

Activación alostérica

* C16-C18 acilCoA Inhibición alostérica * Insulina Estimulación * Glucagon Inhibición por ↓ sint.enzimas * Fosforilación mediada por

cAMP Inhibición

* Defosforilación Estimulación **Dieta ⇑en carbohidratos Estimulación por ↑ sint.enzimas **Dieta libre de grasas Estimulación por ↑ sint.enzimas **Dieta ⇑ en grasas Inhibición por ↓ sint.enzimas **Ayuno Inhibición por ↓ sint.enzimas Acido graso Sintetasa

Azucares fosforilados

Activación alostérica

Dieta ⇑ en carbohidratos Estimulación por ↑ sint.enzimas Dieta libre de grasas Estimulación por ↑ sint.enzimas Dieta ⇑ en grasas Inhibición por ↓ sint.enzimas Ayuno Inhibición por ↓ sint.enzimas Glucagon Inhibición por ↓ sint.enzimas * corto plazo **largo plazo Biosíntesis de ácidos grasos distintos de palmitato Enzima Regulador Efecto Acido graso Sintetasa

⇑ relación metil malonilCoA / malonil CoA

↑ síntesis de acidos grasos metilados

Cofactor de tioesterasa Finalización de la síntesis con productos de cadena corta

Esteril CoA desaturasa

Varias hormonas

Estimulación de la síntesis de ac.grasos por ↑ sint.enzima

Ac.grasos poliinsaturados de la dieta

↓ actividad

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ELONGACION DE ACIDOS GRASOS El palmitato sintetizado por el complejo de ácido graso sintetasa puede ser activado a palmitoil CoA.por medio de la reacción del ácido palmítico con AcetilCoA . El palmitoilCoA y otros ácidos grasos de cadena larga activados pueden ser elongados por una serie de reacciones que ocurren en el retículo endoplásmico y que agregan unidades de 2 carbonos. La malonil CoA sirve como donor de estas unidades de 2 carbonos y el NADPH provee los equivalentes de reducción necesarios. Estas reacciones son muy similares a la síntesis de palmítico EXCEPTO en que la cadena de ácido graso está unida a la CoASH en vez de estar unida al grupo fosfopanteteína de la ACP. La principal reacción de elongación que ocurre en el humano es la conversión de palmitoilCoA (C16) a estearoil CoA (C18). También pueden sintetizarse ácidos grasos de 22 y 24 átomos de carbono, principalmente en el cerebro. Los ácidos grasos también pueden ser elongados en las mitocondrias. En este caso, la fuente de unidades de 2 carbonos es la acetilCoA y los sustratos son los ácidos grasos conteniendo menos de 16 átomos de carbono, es decir ácidos grasos de cadena corta y mediana. Además tanto NADH como NADPH pueden servir como agentes reductores.

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BIOSINTESIS DE ACIDOS GRASOS INSATURADOS La desaturación de los ácidos grasos es un proceso que requiere oxígeno molecular, NADH y citocromo b5. Esta reacción ocurre en el retículo endoplásmico y da por resultado la oxidación tanto del ácido graso como del NADPH. Este sistema, a menudo llamado oxidasa de función mixta, introduce dobles enlaces en configuración cis. Los componentes del sistema son: la enzima desaturasa, citocromo b5 y NADPH-citocromo b5 reductasa

Los electrones del NADPH son transferidos a traves de una flavoproteina reductasa específica y un citocromo b al oxígeno y así puede éste oxidar al ácido graso. La reacción total es R-CH2-CH2-(CH2)7-COOH + NADPH + H+ + O2 R-CH - CH-(CH2)7-COOH + NADP + 2H2O La especificidad enzimática es tal que el grupo R debe contener por lo menos 6 átomos de carbono. Las enzimas desaturasas en el humano pueden ubicar dobles enlaces entre el C10 y el grupo carboxilo. Las reacciones de desaturación más comunes son aquellas que ubican al doble enlace entre los carbonos 9 y 10 convirtiendo el ácido palmítico en palmitoleico (16:1, Δ9) y la conversión de ácido estearico en oleico (18:1, Δ9). Una vez que se ha introducido el doble enlace en posición 9, otros dobles enlaces pueden ser introducidos en posición C4, C5 y C6. Los mecanismos regulatorios que gobiernan la conversión de palmítico a ácidos grasos insaturados no ha sido estudiada en detalle. Se ha descripto que la actividad y síntesis de las desaturasas está controlada por mecanismos hormonales y por la dieta. En animales de experimentación se ha observado que un aumento en la proporción de ácidos grasos poliinsaturados en la dieta disminuye la actividad de estearoil desaturasa en el hígado, y la insulina, triiodotironina e hidrocortisona causan su inducción. Los ácidos grasos poliinsaturados con dobles enlaces en posición 3 a partir del grupo metilo (ácidos grasos ω3) y en posición 6 a partir del grupo metilo (ácidos grasos ω6) son requeridos para la síntesis de eicosanoides* *: "eicosa" es una palabra que deriva del griego y significa número 20. Los eicosanoides son compuestos sintetizados a partir de ácidos grasos poliinsaturados de 20 átomos de carbonos, entre ellos, el más abundante y común es el ácido araquidónico (eicosatetraenoico, ω6, 20:4, Δ5, 8, 11, 14 ). Los eicosanoides incluyen las prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos.

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Debido a que los humanos no pueden sintetizar estos ácidos grasos poliinsaturados por síntesis de novo (es decir, a partir de glucosa vía acetilCoA y palmitato) deben estar presentes en la dieta o bien la dieta debe contener otros ácidos grasos que puedan convertirse en ellos. Nosotros incorporamos ácidos ω3 y ω6 a traves de los aceites vegetales o aceites de pescados presentes en la dieta, que contienen linoleico (ω6, 18:2, Δ9,12 ) y linolénico (ω3, 18:3, Δ9, 12, 15). En nuestro organismo el linoleico puede ser convertido por reacciones de elongación y desaturación a ácido araquidónico. La elongación y desaturación del linolénico produce eicosapentaenoico (20:5, Δ5, 8, 11, 14, 17 )

FORMACION DE HIDROXI-ACIDOS GRASOS EN TEJIDO NERVIOSO Aparentemente hay 2 procesos por los cuales pueden producirse α-hidroxiácidos grasos en animales superiores. Uno ocurre en la mitocondria de muchos tejidos y actúa sobre ácidos grasos de cadena corta. El otro proceso ha sido demostrado en sistema nervioso donde se producen hidroxiacidos grasos en posición C2. Estos son necesarios en la formación de algunos lípidos de la mielina. Específicamente se ha estudiado el caso de α-hidroxilación de lignocérico a ácido cerebrónico. Estas enzimas preferencialmente usan ácidos grasos de 22 o 24 átomos de carbono y muestran caracteristicas de oxidasas de función mixta, requiriendo oxígeno molecular, y NADH o NADPH. Esta síntesis está estrechamente coordinada con la síntesis de esfingolípidos que contienen α-hidroxiácidos. LA ENZIMA ACIDO GRASO SINTETASA PRODUCE OTROS ACIDOS GRASOS ADEMAS DE PALMITATO. Hasta ahora hemos hablado de la síntesis y modificación de palmitato, ya que representa la principal vía de síntesis de ácidos graso en el cuerpo humano, y que está involucrada con el almacenamiento de energía. Sin embargo, también son necesarios otros ácidos grasos diferentes para propósitos específicos estructurales o funcionales. Dos ejemplos característicos son la síntesis de ácidos grasos con menos de 16 átomos de carbono que ocurre en glándula mamaria y la síntesis de ácidos grasos con cadena ramificada que ocurre en ciertas glándulas secretorias. La leche producida por muchos animales contiene ácidos grasos de cadena más corta que el palmitato. La cantidad de estos ácidos producida por la glándula mamaria depende de la especie del animal y de

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su estado fisiológico. La misma enzima ácido graso sintetasa que produce la síntesis de palmitato sintetiza ácidos grasos de cadena más corta cuando la unión entre la ACP y la cadena de ácido graso que se está formando, se parte antes de llegar a 16 carbonos. Esta hidrólisis es causada por una tioesterasa, cuya actividad está bajo control hormonal. Con repecto a los ácidos grasos con cadena ramificada podemos decir que en animales superiores son sintetizados por la ácido grasos sintetasa. Cuando metilmalonilCoA es usado como sustrato en vez de malonil CoA, una ramificación de un grupo metilo se inserta en el ácido graso. La reacción es la siguiente O CH3 O O CH3 O CH3-(CH2)n-C-SACP + HOOC-CH-C-SCoA CH3-(CH2)n- C- CH- C-SACP + CO2 + CoASH Posteriormente, puede ocurrir la reducción como se describió previamente. Aparentemente esa reacción puede ocurrir en muchos tejidos, normalmente, a una velocidad mucho más lenta que la utilización de malonilCoA para producir palmitato. La proporción de ácidos grasos ramificados sintetizados está gobernada por la disponibilidad de los 2 precursores. Si la relación malonilCoA / metilmalonilCoA dismunuye, entonces hay un aumento en la síntesis de ácidos grasos ramificados. En muchos tejidos se ha encontrado la presencia de una malonilCoA decarboxilasa capaz de causar este descenso. Igualmente, se ha podido observar que un aumento en los niveles de metilmalonilCoA en situaciones patológicas, tales como la deficiencia de vitamina B12, puede llevar a una producción excesiva de ácidos grasos ramificados. LOS ACIDOS GRASOS PUEDEN SER REDUCIDOS A ALCOHOLES GRASOS Como se verá más adelante, muchos fosfolípidos contienen cadenas de ácidos grasos con uniones eter. Los precursores biosintéticos de estos compuestos son los alcoholes grasos. Estos alcoholes son formados en animales superiores, por un proceso de reducción dependiente de NADPH, que consta de 2 etapas y que ocurre en retículo endoplásmico. LIPOGENESIS

Como vimos hasta ahora, los hidratos de carbonos que llegan al hígado provenientes de la dieta (es decir, en el estado de saciedad o post-absortivo), así como los que llegan al tejido adiposo son convertidos en triglicéridos por una vía metabólica que tiene al ácido fosfatídico como intermediario. En esta situación fisiológica hay altos niveles de insulina circulantes. El ácido fosfatídico es también el precursor de los glicerolípidos encontrados en las membranas biológicas y en las lipoproteínas sanguíneas. Para sintetizar estos triglicéridos se necesita como sustrato, además de los ácidos grasos, el glicerol 3-fosfato. En el hígado, el glicerol 3-fosfato es producido por fosforilación del glicerol, reacción catalizada por la glicerol quinasa o bien por la reducción de la dihidroxiacetona fosfato proveniente de la glicólisis. El tejido adiposo carece de glicerol quinasa, y puede producir glicerol 3- fosfato solamente a partir de glucosa por la dihidroxiacetona fosfato. Tanto en el tejido adiposo como en el hígado, los triglicéridos son sintetizados en el citoplasma a partir de glicerol 3-fosfato el cual reacciona con un acil CoA para formar el ácido fosfatídico. La defosforilación del ácido fosfatídico produce diacilglicerol. Otro Acil CoA reacciona con el diacilglicerol para formar el triacilglicerol, reacción catalizada por la diacilglicerol acil transferasa.

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La proteína estimulante de la acilación (ASP) podría intervenir en el control de la lipogénesis. Esta es una proteína con un peso molecular de 14.000, circulante en el plasma y que estimula la síntesis de triglicéridos en los fibroblastos y el tejido adiposo. Activa a la enzima diacilglicerol-acil-transferasa adiposa y favorece el ingreso de la glucosa al músculo. La ASP está incrementada en la obesidad y se reduce durante la pérdida de peso y el ayuno. Los triglicéridos formados en el tejido adiposo son almacenados en los adipocitos. En el hígado, en cambio, los triglicéridos (sintetizados en el retículo endoplásmico liso) son empaquetados con colesterol, fosfolípidos y proteínas (sintetizadas en el retículo endoplásmico rugoso) para formar la lipoproteína VLDL. La principal apoproteína de la VLDL es la apo B100. La VLDL es procesada en el Golgi y secretada por el hígado hacia el torrente sanguíneo.

Destino de los triglicéridos de la VLDL La enzima lipoproteinlipasa (LPL), la cual esta unida a la membrana basal de las celulas endoteliales de los capilares, cliva los triglicéridos de las VLDL y de los quilomicrones, para formar ácidos grasos y glicerol. La apo CII (apoproteina que las VLDL captaron de su interacción con HDL) activa la LPL. El bajo Km de la isoenzima LPL muscular permite que el músculo utilice ácidos grasos aportados por los quilomicrones y VLDL como fuente de moléculas combustibles cuando la concentración sanguínea de estas lipoproteínas es muy baja. La isoenzima LPL de tejido adiposo tiene un alto Km y es más activa luego de una ingesta cuando los niveles en sangre de quilomicrones y VLDL son elevados. Regulación de la lipoproteina lipasa y sus consecuencias fisiológicos La actividad de la LPL se controla modificando su cantidad absoluta (inducción-represión) o regulando su velocidad de acción (activación e inhibición). La insulina y los glucocorticoides son inductores de la LPL, especialmente en la grasa visceral, donde se potencian mutuamente en su acción. La grasa visceral posee mayor número de receptores al cortisol que la grasa subcutánea, explicando su mayor sensibilidad a esta hormona. En los individuos normales la actividad de la LPL adiposa aumenta tras las comidas, llegando a duplicarse, mientras que en el músculo disminuye en un 30% con respecto a los valores de ayuno, efectos debidos a una desigual acción de la insulina en estos tejidos. Inversamente, tras un ejercicio muscular de varias horas, la actividad de la LPL muscular aumenta de 2 a 10 veces mientras que en el

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tejido adiposo se reduce un 20-30 %. En los atletas, la actividad de la LPL muscular y la adiposa es mayor que en los sedentarios. El aumento de la actividad de la LPL muscular disminuye la oferta de ácidos grasos al tejido adiposo. Este efecto es mayor en las fibras musculares tipo I (aeróbicas) que tienen una mayor dotación de LPL. En el músculo de los varones más obesos y en las obesidades centrales se ha encontrado una menor proporción de fibras I, coincidiendo con una disminución de la sensibilidad a la insulina. Esta regulación inversa de la LPL en el tejido adiposo y en el músculo, en respuesta a la alimentación al ayuno y al ejercicio podría maximizar el deposito de grasa en el tejido adiposo en momentos de abundancia de alimentos, para luego ser utilizada por el músculo en los períodos de carencia durante la búsqueda de los mismos. No existen diferencias entre varones y mujeres en la actividad de la LPL muscular , en cambio en las mujeres la actividad de la LPL adiposa es mayor. Este cambio en la relación LPL adiposa/ LPL muscular es parcialmente responsable de la mayor abundancia de tejido adiposo subcutáneo y de la mayor concentración de HDL en las mujeres. En las mujeres premenopáusicas la actividad de la LPL es mayor en el tejido adiposo gluteofemoral que en el abdominal, diferencias que van desapareciendo con la menopausia . La progesterona parece mediar este efecto. Durante el embarazo y la lactancia la actividad de la LPL femoroglutea disminuye y al mismo tiempo se incrementa la lipolisis en esta región, indicando que esta grasa tiene vinculación casi exclusiva con el sostenimiento energético durante la gravidez y la lactancia. La actividad de la LPL adiposa aumenta en la obesidad, aunque paradojalmente también lo hace luego de la pérdida de peso y en respuesta a la realimentación. Esto sugiere que la LPL podría comportarse como una enzima reguladora del "set point graso del adipocito". Sin embargo, el aumento de la LPL en respuesta a la alimentación se debe a un mecanismo de tipo postranslacional, mientras que el debido a la pérdida de peso se debe a un aumento de la síntesis de la enzima, indicativo de los diferentes mecanismos regulatorios de la lipogénesis Almacenamiento de triglicéridos en el tejido adiposo Después de una comida aumenta el depósito de triglicéridos en el tejido adiposo. Los adipocitos sintetizan la enzima lipoprotein lipasa (LPL) y la secretan en los capilares del tejido adiposos cuando la relación insulina/glucagon es alta. Esta enzima degrada los triglicéridos tanto de los quilomicrones como los de la VLDL. Los ácidos grasos entran al adipocito y son activados para formar acil CoA, el que reacciona con el glicerol 3-fosfato para formar triglicéridos por una vía similar a la hepática. Como el tejido adiposo no tiene glicerol quinasa y no puede usar el glicerol producido por la LPL, el glicerol va por via sanguínea al hígado, el cual lo usa para la síntesis de triglicéridos. En el tejido adiposo, el glicerol 3-fosfato es formado a partir de la glucosa. Además de estimular la síntesis y liberación de la LPL, la insulina estimula el metabolismo de la glucosa en los adipocitos. La insulina activa la enzima fosfofrutoquinasa I aumentando los niveles de fructosa 2,6 bifosfato. También estimula la desfosforilación de la piruvato deshidrogenasa, y por lo tanto el piruvato producido por glucolisis puede ser oxidado en el ciclo de Krebs. Además, la insulina estimula la conversión de glucosa a ácidos grasos en el tejido adiposo, aunque el hígado es el principal sitio de síntesis de ácidos grasos en humanos.

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LIPOLISIS Generalmente, los lípidos son almacenados en forma de gotas lipídicas, con un núcleo de colesterol esterificado y triglicéridos rodeado por una monocapa de fosfolípidos. La superficie de estas gotas está recubierta con perilipinas. Las perilipinas son una familia de proteinas que restringen el acceso a los lípidos contenidos en la gota, previniendo la movilización lipídica inoportuna. Cuando, en función de las señales hormonales, hay una necesidad de energía metabólica (ayuno, ejercicio prolongado, etc.) se movilizan las reservas de triglicéridos almacenados en el tejido adiposo y los ácidos grasos son transportados a aquellos tejidos (músculo esquelético, corazón, corteza adrenal) en los que se oxidan ácidos grasos para producir energía Las hormonas epinefrina y glucagon, secretadas en respuesta a bajos niveles de glucosa sanguínea, activan sus receptores específicos en las membranas de los adipocitos, y producen, vía proteína Gs, AMPc, el cual activa a PKA. La PKA fosforila a la perilipina A y esta proteina fosforilada moviliza a la Lipasa Hormono Sensible (LHS) que está en el citosol hacia la superficie de la gota lipídica donde puede comenzar a hidrolizar los triglicéridos liberando los ácidos grasos. La PKA tambien fosforila a la LHS aumentando su actividad. Las células con un defecto en los genes que codifican para perilipina, no aumentan los niveles de AMPc en respuesta ala acción hormonal y la LHS no se asocia las gotas lipídicas. Los ácidos grasos son transportados en la sangre por la albúmina y llegan hasta el músculo, hígado y otros tejidos para ser oxidados a CO2 y agua liberando energía en un proceso que se denomina beta-oxidación. Durante el ayuno, la Acetil CoA producida por beta-oxidación de los ácidos grasos en hígado es convertida en cuerpos cetónicos, los cuales son liberados a la sangre y sirven como fuente de energía para otros tejidos. El glicerol derivado de la lipólisis en los adipocitos es usado por el hígado durante el ayuno como fuente de carbono para la gluconeogénesis.

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Movilización de los triglicéridos almacenados en tejido adiposo: Cuando la disminución de la glucemia dispara la liberación de glucagon, (1) la hormona se une a su receptor en la membrana del adipocito y por lo tanto (2) estimula a la adenilato ciclasa,vía proteína Gs, para producir AMPc. Este segundo mensajero activa PKA, la cual fosforila (3) la Lipasa Hormona sensible (LHS) y (4) las moléculas de perilipinas en la superficie de las gotas lipídicas. La fosforilación de las gotas lipídicas permite que la LHS acceda a ka superficie de dichas gotas lipídicas, donde (5) donde hidroliza los triglicéridos a acidos grasos libres. (6) Los ácidos grasos salen del adipocito, se unen a la albúmna sérica en el torrente sanguíneo y son transportados por la sangre hasta los tejidos que requieren energía. En este caso se muestra que los acidos grasos se desunen de la albumina y entran al miocito (7) a través de un transportador específico. En el miocito (8), los ácidos grasos son oxidados a CO2 y la energía de oxidación es conservada en un enlace de alta energía del ATP, el cual participa en el proceso de contracción muscular o en otros requerimientos energéticos del miocito Regulación de la Lipasa hormona sensible (LHS) La actividad de esta enzima es regulada fundamentalmente por las catecolaminas, la hormona de crecimiento, el glucagon, la ACTH y los corticosteroides, mientras que la insulina se opone a la acción de las anteriores. Las catecolaminas regulan la LHS por intermedio de los receptores adrenérgicos ß 1,ß 2 y quizás los ß 3 . Las sustancias lipolíticas se ligan al receptor ß, que activa a la proteinas Gs. De la proteína Gs se libera una subunidad alfa, que activa a la adenilato ciclasa. Las sustancias antilipolíticas se ligan al receptor adrenérgico alfa2 produciendo una proteína inhibidora de la actividad ß, llamada proteína Gi. La proteína Gi libera una subunidad ß, que se une a la alfa, disminuyendo la activación que esta última produce sobre la adenilato ciclasa. El glucagon se une a sus receptores en tejido adiposo y via una proteina Gs estimula la adenilato ciclasa. La activación de la adenilato ciclasa y su consecuencia, el aumento del nivel intracelular del AMP cíclico, es la determinante de la lipolisis. Una vez formado, el AMPc activa a una proteína quinasa A, quien cataliza a su vez la fosforilación de otra familia de proteínas quinasa, por lo cual la cantidad de proteína quinasa activa aumenta velozmente. La señal inicial resulta de esta manera rápidamente amplificada ("amplificación en cascada"). Las proteína quinasa activadas (fosforiladas) finalmente activan por fosforilación a la enzima lipasa hormono sensible (LHS) (llamada así porque su actividad es regulada por la insulina y las catecolaminas), que es la marcapasos de la lipolisis. En la traslocación de esta

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enzima desde el citosol a la gota de lípidos interviene una proteína llamada perilipina que también participaría en la activación de esta enzima. Los ácidos grasos liberados por la acción de la LHS, serían transportados a través de la membrana plasmática por un transportador recientemente secuenciado y una vez en el agua extracelular se unen a la albúmina, para su transporte a distancia. En condiciones basales, las 2/3 partes de los ácidos grasos liberados y todo el glicerol dejan el adipocito (el tercio de ácidos grasos restante se reesterifica en la misma célula), siendo precisamente la concentración de glicerol en el líquido intersticial del tejido, la forma de evaluar la intensidad de la lipolisis. Regulación de la lipólisis La lipolisis es estimulada por el frío, el ejercicio, el glucagon y la hipoglucemia a través de la activación hipotalámica del sistema simpático, cuyas terminales simpáticas liberan noradrenalina en los tejidos efectores, estimulando al receptor ß. La velocidad de la lipolisis es menor en el tejido subcutáneo periférico, mayor en el subcutáneo abdominal y mayor aun en el área visceral. Esto último permite una rápida llegada de ácidos grasos al hígado en situaciones de urgencia de combustible, como ocurre durante el ejercicio. La LHS es activada por las catecolaminas, la hormona de crecimiento, el glucagon, la ACTH y los corticosteroides, mientras que la insulina se opone a la acción de las anteriores. Si los receptores ß1 y ß2 son expuestos a altas concentraciones de catecolaminas por un largo tiempo, sufren desensibilización, lo que vuelve a las células adiposas menos respondedoras a la estimulación adrenérgica (hecho que no ocurre igualmente en los receptores ß3). La lipolisis es inhibida por la insulina, que estimula a la fosfodiesterasa, quien a su vez inactiva al AMPc. La insulina también podría inhibir a la adenilciclasa o internalizar a los receptores ß adrenérgicos (provocando resistencia a la acción lipolítica de las catecolaminas). Otros estímulos antilipolíticos son: la actividad alfa 2 A de las catecolaminas, la adenosina y las prostaglandinas E (por modulación autócrina en el propio tejido adiposo). Debido a que los obesos tienen una mayor lipolisis en condiciones basales, sus niveles de ácidos grasos circulantes son más elevados, aun en ayunas. La lipolisis basal es mayor en los territorios subcutáneos, mientras que la lipólisis estimulada, es mayor en la grasa visceral. Advertencia: no confundir subunidad alfa y ß con adrenoreceptor alfa y ß. DINAMICA METABOLICA DEL TEJIDO ADIPOSO El volumen del tejido adiposo está en equilibrio dinámico, dependiendo de la relación entre la lipogénesis y la lipolisis, consecuencia de una múltiple regulación; hormonal, metabólica y nerviosa. Lipogénesis y lipolisis son en última instancia consecuencia de la actividad de la LPL y de la LHS, quienes son modificadas por las catecolaminas, insulina, glucagon, hormona estimulante de la tiroides, colecistoquinina, hormona de crecimiento, cortisol, ACTH, esteroides sexuales, paratohormona, etc. Sin embargo estas hormonas no tienen igual acción en todos los territorios adiposos. Algunas localizaciones son más sensibles que otras a los mismos estímulos, determinando diferencias en la respuesta regional. UTILIZACION DE ACIDOS GRASOS PARA LA PRODUCCION DE ENERGIA Comentamos al principio que una función muy importante de los ácidos grasos es la de servir como combustibles para la obtención de energía celular. El proceso por el cual se obtiene energía por oxidación de los ácidos grasos se denomina β-oxidación y ocurre en mitocondrias. Los intermediarios ricos en energía que se producen en esta vía metabólica son NADH y FADH2, los que

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serán oxidados en cadena respiratoria con producción de ATP. La cadena carbonada da AcetilCoA que luego entrará en el ciclo de Krebs. El grado de utilización de los ácidos grasos para la producción de energía varía considerablemente según el tejido y depende, en gran medida, del estado metabólico del organismo, si está en estado de ayuno o post-ingesta, si está en ejercicio o reposo, etc. Por ejemplo, el sistema nervioso oxida ácidos grasos en pequeña proporción, pero en el músculo cardíaco y esquelético, los ácidos grasos son la principal fuente de energía. Durante el ayuno prolongado, la mayoría de los tejidos pueden usar ácidos grasos o cuerpos cetónicos para suplir su requerimiento energético. LOS ACIDOS GRASOS SON SINTETIZADOS Y DEGRADADOS POR RUTAS DIFERENTES La degradación de los ácidos grasos no ocurre por la vía inversa a la síntesis. Podríamos resumir las diferencias del siguiente modo: 1.- la síntesis se produce en el citosol, en contraste con la degradación que tiene lugar en matriz mitocondrial. 2.- los intermediarios en la síntesis de ácidos grasos están ligados a los grupos sulfhidrilos de una proteína transportadora de grupos acilo (ACP), mientras que los intermediarios en la degradación de los ácidos grasos están ligados a la coenzima A. 3.- en los organismos superiores muchas de las enzimas de la síntesis de ácidos grasos están organizadas en un complejo multienzimático llamada ácido grasa sintetasa. Por el contrario, las enzimas degradativas no parecen estar asociadas. 4.- la cadena de ácido graso que está siendo sintetizada es alargada por la adición secuencial de unidades de 2 carbonos derivadas del AcetilCoA. El donor activado de las unidades de 2 carbonos en la etapa de elongación es el malonil ACP. La reacción de elongación es impulsada por la eliminación de CO2. En la degradación el acilCoa es acortado secuencialmente, en unidades de 2 carbonos que se liberan como acetilCoA. 5.- el reductor en la síntesis de ácidos grasos es el NADPH. En la (-oxidación se forma NADH y FADH2. LOS ACIDOS GRASOS SON ACTIVADOS POR CONVERSIÓN A ACILCoA Los ácidos grasos son oxidados en las mitocondrias pero previamente deben ser activados. El proceso de activación involucra una acil CoA sintetasa (tambien llamada tioquinasa) que utiliza ATP para producir un compuesto de alta energía: acil-AMP y pirofosfato. La ruptura del pirofosfato produce energía que ayuda a impulsar la reacción. El AMP unido al grupo acilo es intercambiado por CoA y se forma un acilCoA, liberándose AMP. En total, la reacción de activación consume 2 enlaces fosfato de alta energía : uno en la formación de acil-AMP y el otro en la hidrólisis del pirofosfato. Los ácidos de cadena corta (2 ó 3 átomos de carbono, como por ejemplo acetato y propionato) pueden ser activados en el citosol o las mitocondrias . Acidos grasos de cadena mediana (4 - 12 átomos de carbono) atraviesan la membrana mitocondrial y son activados en la matriz. Los ácidos grasos de cadena larga (12 átomos de carbono o más) son activados por enzimas del retículo endoplásmico, el lado citoplasmático de la membrana mitocondrial externa y las membranas de peroxisomas.. Después de la activación, las ácidos grasos de cadena larga destinados a la oxidación son transportados por la carnitina hacia el interior de la mitocondria, donde se localizan las enzimas de esta vía metabólica TRANSPORTE DE ACILCoA A LA MITOCONDRIA

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La carnitina es el compuesto que transporta los acilCoA al interior de la mitocondria. La carnitina se obtiene de la dieta o bien se sintetiza a partir del aminoácido lisina por reacciones que incluyen la transferencia del grupo metilo desde la S-adenosilmetionina y reacciones de oxidación que requieren ácido ascórbico (vit C). Una enzima presente en el lado externo de la membrana mitocondrial interna, la carnitina-palmitoil-transferasa I (CPT I) (también llamada carnitina acil transferasa I) cataliza la transferencia del grupo acilo desde la CoA a la carnitina. La acil carnitina atraviesa la membrana interna mitocondrial con la ayuda de una translocasa. El grupo acilo es transferido nuevamente a una CoA por una segunda enzima: Carnitina palmitoil transferasa II (CPT II; o carnitina acil transferasa II). La carnitina liberada en esta reacción, regresa al lado citosólico de la membrana mitocondrial por la misma translocasa . Regulación de la carnitina palmitoil transferasa I (CPT I) La enzima CPT I juega un rol central en el control de la oxidación de los ácidos grasos tanto en condiciones fisiológicas como patológicas. Es fuertemente inhibida por malonil CoA, que es el producto de la reacción catalizada por la acetil CoA carboxilasa, la enzima regulatoria de la biosíntesis de ácidos grasos. En los últimos años, se ha propuesto otro mecanismo regulatorio, independiente de malonil CoA. Se ha podido establecer que la activación de una proteina quinasa II dependiente de Ca 2+-calmodulina o de una proteina quinasa activada por AMP, induce la fosforilación de citoqueratinas 8 y 18, alterando, por lo tanto, los filamentos intermedios. En consecuencia, se pierden las interacciones inhibitorias entre el citoesqueleto y componentes mitocondriales, dando como resultado un aumento en la actividad de la CPT I y en la oxidación de los ácidos grasos. Hasta el momento, no se conocen cuales son esos componentes mitocondriales que interactuan con el citoesqueleto. Ambos mecanismos regulatorios de la CPT I: dependiente e independiente de malonil CoA, actuan de manera concertada.

β-OXIDACION El proceso de β-oxidación consta de 4 pasos: oxidación ligada a FAD que produce FADH2; hidratación; oxidación ligada a NAD que produce NADH y tiólisis por CoA. Estos 4 pasos se repiten hasta que todos los carbonos de una cadena lineal de acil CoA se conviertan en acetilCoA. Cada conjunto de estas 4 reacciones da por resultado el acortamiento de la cadena en 2 átomos de carbono, los que son liberados como acetilCoA. Por lo tanto, la β-oxidación puede ser vista como una espiral de reacciones que eliminan 2 carbonos en cada vuelta. En el primer paso: 2 hidrogenos con sus electrones son transferidos a un FAD unido a la enzima acilCoA deshidrogenasa formándose un doble enlace con configuración trans entre los carbonos 2 y 3 (C α y β), por lo tanto el acil CoA se transforma en un enoilCoA. El FADH2 producido en esta reacción, transfiere sus electrones a una flavoproteína transferidora de electrones que contiene hierro y azufre en

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su centro activo, y ésta a su vez los transfiere a la coenzima Q de la cadena de transporte de electrones. Esta transferencia de electrones produce, por lo tanto, por cada FADH2 que es reoxidado, 2 ATP. Existen varias deshidrogenasas que son específicas para cada paso de esta vía metabólica y que actúan según la longitud de la cadena del ácido graso. Así, se pueden distinguir la "acilCoA deshidrogenasa de ácidos grasos de cadena corta" (SCAD) que actúa sobre ácidos grasos de 4 a 6 átomos de carbonos; la "acil CoA-deshidrogenasa de ácidos grasos de cadena mediana" (MCAD) que actúa sobre ácidos grasos con 4 a 12 átomos de carbono, la "acil CoA-deshidrogenasa de ácidos grasos de cadena larga" (LCAD) que actúa sobre ácidos grasos con 8 a 20 átomos de carbono, la "acil CoA-deshidrogenasa de ácidos grasos de cadena muy larga" (VLCAD) que actúa sobre ácidos grasos con 12 a 24 átomos de carbono. Cada una de estas enzimas cataliza la formación de acil CoA del correspondiente ester saturado. En el segundo paso: una enoil hidratasa adiciona H2O al doble enlace. Aparentemente hay más de una enoil hidratasa. Cada una de ellas es específica para un ácido graso de determinada longitud de cadena. En el tercer paso: la 3L-hidroxiacilCoA que se forma es oxidado por NAD a un β -ceto acilCoA por una -hidroxiacilCoA dehidrogenasa. La oxidación del NADH producido en esta reacción , vía la cadena de transporte de electrones genera aproximadamente 3 ATP. En el cuarto paso: el enlace entre los carbonos α y β es clivado por una β-cetotiolasa, una enzima que requiere CoA y se libera acetilCoA. El acilCoA que ha sido de esta manera acortado en 2 carbonos, repite estas 4 reacciones hasta que todos sus carbonos son convertidos en acetilCoA. En la última secuencia de 4 pasos, la ruptura de un ácido graso de 4 carbonos (butirilCoA) se parte en 2 acetilCoA. Por lo tanto, un ácido graso como el palmitoil CoA de 16 átomos de carbono, es clivado 7 veces, produciendo 7 FADH2, 7 NADH y 8 acetilCoA. Muchos tejidos, tales como músculo y riñón, oxidan ácidos grasos completamente a CO2 y H2O. En estos tejidos, la acetilCoA producida por β -oxidación entra en el ciclo de Krebs. El FADH2 y el NADH producidos en la β -oxidación y en Krebs son reoxidados en la cadena de transporte de electrones generando ATP. Rendimiento energético de la degradación del palmitato: La oxidación de los 7 FADH2 generan 14 ATP, la oxidación del NADH produce 21 ATP y la oxidación de la AcetilCoA en el ciclo de Krebs aportan 96 ATP. Por lo tanto la oxidación de un ácido graso de 16 carbonos genera 131 ATP; ahora bien como la activación del ácido graso consume 2 ATP, el rendimiento total del proceso rinde 129 ATP. El proceso de β-oxidación es regulado por los requerimientos energéticos de la célula, es decir por los niveles de ATP y NADH. Las 4 reacciones de la β-oxidación están catalizadas por un conjunto de enzimas que son relativamente específicas para ácidos grasos de diferente longitud de cadena.

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REGULACION FISIOLOGICA DE LA β-OXIDACION MITOCONDRIAL La regulación fisiológica de la β-oxidación depende, al menos en parte, del órgano en cuestión. El hígado es capaz de realizar β-oxidación y cetogénesis en una alta proporción así como lipogénesis y esterificación de ácidos grasos. Por lo tanto, la regulación del flujo de carbono es muy importante para que no ocurran ciclos fútiles, es decir un reciclado del sustrato. Bajo condiciones de alimentación (post-ingesta), hay alts niveles de glucosa circulante, los ácidos graso no esterificados plasmáticos están bajos y la actividad de CPT I está inhibida por altos niveles de malonilCoA. Así, el flujo de carbono en el hígado va desde glucosa a la lipogénesis de novo vía citrato y malonilCoA. Durante el ayuno, los niveles circulantes de ácidos grasos no esterificados aumentan debido a la acción de la lipasa hormono sensible que está activada en respuesta al aumento en la relación glucagon/insulina. Los niveles de malonilCoA hepáticos están bajos debido a un menor eflujo de citrato desde la mitocondria y a la fosforilación, y en consecuencia inactivación, de la acetilCoA carboxilasa por la proteina kinasa AMPc dependiente, también en respuesta al aumento de la relación glucagon/insulina. Por lo tanto, la β-oxidación y cetogénesis están activadas y hay un aumento en el nivel de cuerpos cetónicos. El aumento de los niveles séricos de ácidos grasos no esterificados y cuerpos cetónicos a medida que la disponibilidad de glucosa disminuye durante el ayuno, es un dato muy utilizado desde el punto de vista diagnóstico para detectar alteraciones en el proceso de β-oxidación. Así, una inapropiada

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relación entre los niveles de cuerpos cetónicos y ác.grasos no esterificados sugiere la presencia de errores genéticos en esta vía metabólica. En tejidos extrahepáticos, donde no hay una activa lipogénesis, tales como el corazón o el músculo esquelético, la β-oxidación sirve fundamentalmente para proveer energía para la contracción. En estos tejidos la velocidad de β-oxidación ocurre en respuesta a la demanda de energía. Si hay un aumento del trabajo muscular, se requieren grandes cantidades de ATP y hay una aumento en la fosforilación oxidativa y en le ciclo de Krebs , los niveles de NADH y acetil CoA disminuyen y aumenta el flujo en la β-oxidación. OXIDACION DE ACIDOS GRASOS DE CADENA IMPAR Los ácidos grasos de cadena impar sufren β -oxidación, produciendo acetilCoA hasta la última etapa en que queda un acilCoA de 5 átomos de carbonos en el resto acilo. En este caso la ruptura por acción de la tiolasa produce una acetilCoA y una propionilCoA. La carboxilación de la propionilCoA da metilmalonilCoA, la cual es convertida en succinilCoA, que es un intermediario del ciclo de Krebs. Estos 3 carbonos del extremo terminal de un ácido graso de cadena impar pueden formar glucosa en el hígado vía el proceso de gluconeogénesis. Ningún otro átomo de carbono de los ácidos grasos puede producir glucosa ya que al generan acetilCoA que no puede formar piruvato (sustrato de la gluconeogénesis) debido a que la piruvato deshidrogenasa es fisiológicamente irreversible. Cuando los 2 carbonos de la acetilCoA pasan por el ciclo de Krebs se pierden 2 carbonos como CO2. Por lo tanto, a pesar que malato (el cual puede ser convertido en glucosa) se forma en el ciclo de Krebs, no hay una producción neta de malato (y por lo tanto de glucosa) a partir de acetilCoA. OXIDACION DE ACIDOS GRASOS INSATURADOS Aproximadamente la mitad de los ácidos grasos en el organismo humanos son insaturados. El doble enlace de estos ácidos grasos deben ser movidos a la correcta posición para que la β -oxidación pueda ocurrir. Este proceso requiere 2 enzimas, una isomerasa y una reductasa, además de las enzimas que catalizan la β-oxidación. La β-oxidación de los ácidos grasos monosaturados ocurre hasta el doble enlace entre los carbonos 3 y 4 (cerca del carboxilo terminal). Una isomerasa mueve el doble enlace de manera de ubicarlo entre los carbonos 2 y 3 (carbonos α y β ) en una configuración trans. Luego ocurre β-oxidación pero a partir del segundo paso, ya que el doble enlace trans ya está presente Los ácidos grasos poliinsaturados , tales como el linoleico (18:2, Δ9, 12), sufren β-oxidación hasta que un doble enlace está entre los carbonos 3 y 4 y el otro entre los carbonos 6 y 7. La isomerasa corre el doble enlace 3-4 a una posición 2-3 trans y así puede ocurrir una secuencia de 4 pasos de la β-oxidación más el primer paso de una nueva secuencia. En esa etapa una reductasa que utiliza NADPH convierte estos 2 dobles enlaces (entre los carbonos 2 y 3 y entre los carbonos 4 y 5) a un doble enlace entre los carbonos 3 y 4 en una configuración trans. La isomerasa (que puede actuar sobre dobles enlaces tanto cis como trans) mueve este doble enlace a la posición 2,3 trans y así continúa la β-oxidación.

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Oxidación de ácidos grasos de cadena muy larga Los ácidos grasos de cadena muy larga (20 - 26 átomos de carbono) son oxidados en peroxisomas por un proceso similar a la beta-oxidación. Sin embargo, la primera enzima es distinta, ya que dona electrones directamente al oxígeno molecular y produce peróxido de hidrógeno, el cual puede generar radicales libres. La catalasa, una enzima localizada en peroxisomas, convierte el H2O2 en oxígeno molecular y agua. Otra diferencia entre la β-oxidación y la oxidación que ocurre en peroxisomas es que en éste último, no se produce ATP por fosforilación oxidativa. Los ácidos grasos de cadena muy larga son degradados a octanoilCoA (grupo acilo de 8 átomos de carbono) y acetilCoA, los que son transferidos a la carnitina y transportados al interior de la mitocondria, donde pueden sufrir oxidación acoplada a fosforilación oxidativa. ω -Oxidación de ácidos grasos

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Los ácidos grasos pueden ser oxidados en el carbono ω por enzimas del retículo endoplásmico. El grupo metilo en posición es oxidado en un primer paso, a alcohol por una enzima que usa citocromo P450, oxígeno molecular y NADPH. Una dehidrogenasa convierte el grupo alcohol en ácido, produciéndose un ácido dicarboxílico . Este ácido dicarboxílico puede sufrir ω-oxidación en la mitocondria formando compuestos dicarboxílicos de 6 - 10 átomos de carbono, los que se excretan por la orina. Normalmente, la ω-oxidación es un proceso menor; sin embargo, en determinadas circunstancias, por ejemplo frente a una deficiencia de carnitina o de alguna enzima de la ω-oxidación , se observa la excresión de grandes cantidades de ácidos dicarboxílicos en orina. O O O O CH3-(CH2)n-C-O- → HO-CH2-(CH2)n-C-O- → → → -O-C-(CH2)n-C-O-

α-Oxidación de ácidos grasos Los ácidos grasos de cadena muy larga pueden ser oxidados por un proceso que involucra el carbono α . La oxidación de este carbono facilita la liberación del grupo carboxilo como CO2. Este proceso ocurre fundamentalmente en el cerebro y tejido nervioso y oxida ácidos grasos de 20 átomos de carbono, removiendo un carbono cada vez.

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METABOLISMO DE CUERPOS CETONICOS CETOGENESIS: SÍNTESIS DE CUERPOS CETONICOS

Los cuerpos cetónicos son un grupo de compuestos de bajo peso molecular que incluyen el β-hidroxibutirato, aceto- acetato y acetona. Para la síntesis de estos compuestos, que ocurre en el hígado, 2 moléculas de AcCoA reaccionan para formar acetacetilCoA por una reacción inversa a la catalizada por la tiolasa. Otra molécula de AcCoA reacciona con el acetoacetilCoA, produciendo 3-hidroxi-3-metilglutarilCoA (HMGCoA) y liberando a la coenzima A en forma libre, no acetilada (CoASH) . La enzima que cataliza esta reacción es la hidroximetil-glutaril CoA sintetasa (HMGCoA sintetasa). Esta enzima es inducida durante el ayuno y es inhibida por CoASH. En la siguiente reacción HMGCoA liasa cataliza la ruptura de HMGCoA para formar acetilCoA y acetoacetato. El acetoacetato tiene 3 destinos posibles. Puede pasar

directamente a la sangre o bien puede ser reducido por una deshidrogenasa dependiente de NADH a un segundo cuerpo cetónico, el β-hidroxibutirato, el cual pasa a la sangre. Esta reacción de la deshidrogenasa es facilmente reversible y sirve para interconvertir estos 2 compuestos los cuales pasan a la sangre y van desde el hígado a otros tejidos donde son utilizados como moléculas combustibes, es decir , son oxidados para proveer energía. El tercer destino del acetoacetato es su decarboxilación. En esta reacción se libera CO2 y se forma acetona. La acetona no se metaboliza y como es volátil se expira por los pulmones.

La relación NADH/NAD determina la cantidad relativa de acetoacetato y β-hidroxibutirato que son producidos. Los humanos generalmente, producen más β-hidroxibutirato que acetoacetato.

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CETOLISIS:OXIDACION DE CUERPOS CETONICOS Los cuerpos cetónicos proveen combustible para los tejidos particularmente durante el ayuno. Cuando los ácidos grasos son liberados del tejido adiposo, por la hidrólisis de los triglicéridos, el hígado usa estos ácidos grasos para sintetizar cuerpos cetónicos los cuales van hacia los tejidos , tales como músculo y riñón, donde son oxidados. Durante el ayuno, el nivel plasmático de los cuerpos cetónicos se eleva y en casos de inanición pueden entrar en el cerebro, donde son oxidados, reduciendo la cantidad de glucosa requerida por este tejido. El acetoacetato puede entrar a las células directamente o puede ser producido dentro de ellas por oxidación del β-hidroxibutirato. Esta reacción catalizada por la β-hidroxibutirato deshidrogenasa, produce NADH el cual genera ATP por fosforilación oxidativa. Por lo tanto, más energía se produce por oxidación del β-hidroxibutirato que por oxidación de acetoacetato. La activación de acetoacetato se produce en mitocondrias y es catalizada por la succinil CoA acetoacetato CoA transferasa. Como el nombre lo sugiere, CoA es transferida desde el succinilCoA, un intermediario del ciclo de Krebs, a acetoacetato. Los productos de esta reacción son acetoacetilCoA y succinato. Aunque el hígado produce cuerpos cetónicos, no los utiliza porque no hay en el hígado suficiente cantidad de tiotransferasa. β-cetotiolasa, la misma enzima involucrada en la β-oxidación, cataliza la ruptura de acetoacetilCoA. Una molécula de acetoacetilCoA produce 2 moléculas de AcetilCoA, las cuales entran en el ciclo de Krebs. En el ciclo de Krebs, cuando succinil CoA se convierte en succinato, se produce un GTP. Sin embargo, cuando succinilCoA transfiere el CoA a acetoacetato , no se produce GTP. Por lo tanto, aunque los 2 acetilCoA derivados del acetoacetato genera 24 ATP vía el ciclo de Krebs y la fosforilación oxidativa, el rendimeinto neto es de 23 ATP, debido a que se ha consumido un ATP en la activación de acetoacetato. En resumen, los ácidos grasos liberados de los triglicéridos del tejido adiposo sirven como principal combustible para el organismo durante el ayuno. Estos ácidos grasos son completamente oxidados a CO2 y H2O por algunos tejidos. El hígados oxida ácidos grasos, convirtiendo la mayoría de la AcetilCoa en cuerpos cetónicos, los cuales van por sangre hacia tejidos periféricos. En estos tejidos los cuerpos cetónicos son oxidados a CO2 y H2O y se genera ATP. La cantidad total de energía obtenida por oxidación parcial de ácidos grasos en el hígado y enviar los cuerpos cetónicos a otros tejidos para su oxidación completa, aporta la misma cantidad de energía que se obtiene por oxidación completa de los ácidos grasos en un único tejido. La ventaja ganada por la formación de cuerpos cetónicos es que: 1.- el hígado obtiene la energía requerida para realizar ciertos procesos, tales como gluconeogénesis, de la oxidación parcial de los ácidos grasos y además forma cuerpos cetónicos 2.- otros tejidos usan estos cuerpos cetónicos como combustible 3.- durante el ayuno, el cerebro puede oxidar cuerpos cetónicos, reduciendo las necesidades de glucosa. Consecuentemente, durante el ayuno, la gluconeogénesis disminuye, y las proteínas musculares, las cuales proveen amino ácidos como fuente de carbono para la producción de glucosa, no son degradadas. REGULACION DE LA OXIDACION DE LOS ACIDOS GRASOS Y DE LA UTILIZACION DE CUERPOS CETONICOS La oxidación de los ácidos grasos está regulada por el mecanismo que controla la reoxidación de FADH2 y NADH por la cadena de transporte de electrones, es decir, por la demanda de ATP. El músculo usa preferentemente ácidos grasos como combustible. Cuando los ácidos grasos son abundantes, la oxidación de la glucosa en el músculo es inhibida. β-oxidación produce NADH y acetilCoA, la que causa que la piruvato deshidrogenasa sea fosforilada e inactivada. Por lo tanto, el

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piruvato producido a partir de glucosa por medio de la glucolisis no puede ser convertido a acetilCoA para entrar en el ciclo de Krebs. Por lo tanto, los intermediarios de la glucolisis se acumulan si la producción de ATP a partir de ácidos grasos es adecuada para satisfacer las necesidades energéticas de la célula. La glucosa 6-P inhibe la hexokinasa, disminuyendo la velocidad de entrada de glucosa al camino glucolítico. Además, otros mecanismos pueden operar para disminuir la glucolisis: por ejemplo: acción de citrato sobre fosfofructokinasa I. Sin embargo, la importancia fisiológica de este mecanismo en humanos está actualmente discutida. Después de una ingesta de hidratos de carbono, cuando los ácidos grasos están siendo sintetizados en el citosol de las células hepáticas, su oxidación inmediata en las mitocondrias hepáticas es impedida por el malonilCoA, un intermediario en la síntesis de ácidos grasos. Malonil CoA inhibe la carnitina aciltransferasa I, involucrada en el transporte de ácidos grasos hacia la mitocondria donde se localizan las enzimas de la β-oxidación. Por lo tanto, en el estado alimentado, los ácidos grasos no son oxidados en el hígado ni convertidos en cuerpos cetónicos. Durante el ayuno, en el hígado, la síntesis de ácidos grasos, y en consecuencia, los niveles de malonilCoA, disminuyen. La movilización de los triglicéridos del tejido adiposo ocurre como resultado de una alta relación glucagon/insulina. El hígado puede ahora tomar estos ácidos grasos y transportarlos a la mitocondria. Debido a que el flujo de oxalacetato y malato es hacia la síntesis de glucosa (porque está ocurriendo gluconeogénesis), acetilCoA se acumula y es usada para la síntesis de cuerpos cetónicos. A medida que el ayuno progresa, HMGCoA sintetasa, la enzima clave en la síntesis de cuerpos cetónicos, se induce. DEFICIENCIAS GENETICAS ASOCIADAS A LA DEGRADACION DE ACIDOS GRASOS A.- Deficiencias en el transporte de carnitina o palmitoil carnitina Alteraciones genéticas a nivel del sistema enzimático de la palmitoil carnitina (CPT), que transfiere ácidos grasos de cadena larga a traves de la membrana interna mitocondrial, resultan en un número de patologías en esta vía metabólica. 1. Deficiencia en Carnitina: Las deficiencias en carnitina resultan en una incapacidad de transportar

ácidos hacia la mitochondria para la oxidación. Esto puede ocurrir en recién nacidos y particularmente en bebés prematuros y también en pacientes que experimentan hemodialisis o que presentan aciduria. Esta deficiencia puede manifestarse con sintomatología sistémicas o puede limitarse únicamente a los músculos. Los síntomas pueden variar desde ocasionales calambres musculares leves al abatimiento severo o aún la muerte. Se han descripto 2 categorías distintas para esta patología: primaria y secundaria. La deficiencia primaria en carnitina está causada por un defecto en el transportador de alta afinidad presente en membrana plasmática, es tejidos tales como, músculo, riñón, corazón y fibroblastos. Esto resulta en niveles extremadamente bajos de carnitina tanto en los tejidos afectados como en el plasma (debido a la falla del riñón en absorber carnitina). Los muy bajos niveles de carnitina en músculo esquelético y estriado compromete seriamente la oxidación de los ácidos grasos de cadena larga. El tratamiento se basa en la adminnistración oral de carnitina. La deficiencia secundaria en carnitina está asociada habitualmente con defectos hereditarios en la vía de β-oxidación, lo que lleva a una acumulación de acilCoA y en consecuencia, de acilcarnitina. Este último compuesto puede ser excretado en la orina.

2. Deficiencia en carnitina palmitoiltransferasa: La deficiencia más común resulta de mutaciones en

el gen que codifica para CPT II, lo que lleva a una pérdida parcial en la actividad de esta enzima. Generalmente el paciente experimenta debilidad muscular durante el ejercicio prolongado, momento en el cual la energía muscular se obtiene fundamentalmente de la oxidación de los ácidos grasos. Generalmente se observa mioglobinuria, por la degradación muscular. Hay otro

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tipo de mutaciones que causan una pérdida de la actividad CPT II más severa, y puede tener consecuencias más severas en la infancia. Son precipitados por períodos de ayuno y presentan hipoglucemia hipo-cetógenas.

3. Deficiencias en Acyl-CoA Dehydrogenasas: este defecto hereditario (autosomal recesivo) fue

descripto hace pocos años y altera la β-oxidación de los ácidos grasos en diferentes etapas del acortamiento de la cadena carbonada. La enzima afectada puede ser la VLCAD, LCAD, MCAD o SCAD. En todos los casos las manifestaciones clínicas son siomilares. La deficiencia en MCAD se manifiensta en los 2 primeros años de vida después de un ayuno de más de 12 horas. Los síntomas son: vómitos, letargo y frecuentemente coma, acompañado de hipoglucemia hipocetótica y aciduria decarboxílica. La ausencia de la cetosis, típica del ayuno, se debe a la incapacidad de producir β-oxidación hepática, lo que además baja la gluconeogénesis. En el músculo, como los 'ácidos grasos no pueden ser utilizados como fuente de energía, se utiliza glucógeno muscular, lo que acelera la hipoglucemia. La acumulación de ácidos grasos de cadena mediana en los tejidos desvía el metabolismo hacia vías altenativas como la ω-oxidación y la transesterificación con glicina o carnitina. Esta patología puede detectarse mediante la medición de ácidos grasos de cadena mediana o esteres de glicina y carnitina que aparecen en la orina. Los pacientes con esta deficiencia puede llevar una vida normal evitando los períodos de ayuno.

B.- Enfermedad de Refsum: si bien la α-oxidación es un proceso de menor importancia, desde el punto de vista energético, es un metabolismo significativo de las ácidos grasos metilados que son incorporados con la dieta. El principal ejemplo es el ácido fitánico, el cual proviene del fitol , que es forma parte de la clorofila. El ácido fítico también se lo encuentra en la leche y grasas animales y normalmente es metabolizado por una α-hidroxilación inicial seguido por dehidrogenación y decarboxilación para luego continuar con una β-oxidación. Los productos finales de este metabolismo son: 3 propionil CoA, 3 acetilCoA, y 1 isobutirilCoA. En la enfermedad de Refsum el paciente no presenta actividad enzimática de α-hidroxilación y por lo tanto acumula grandes cantidades de ácido fítico en tejidos y suero. Esto lleva a grandes problemas neurológicos tales como retinitis pigmentosa, neuropatía periférica, ataxia cerebelar y sordera. Se logra una reducción de los síntomas neurológicos mediante una restricción en la dieta de productos lácteos y carnes derivados de rumiantes.

C .- DESORDENES PERIXOSOMALES

ADRENOLEUCODISTROFIA:

La adrenoleucodistrofia describe cualquiera de varios trastornos hereditarios estrechamente relacionados que involucran la degradación de los ácidos grasos de cadena larga. Estos trastornos afectan las glándulas suprarrenales, el sistema nervioso y los testículos.

La adrenoleucodistrofia se trasmite como un rasgo ligado al cromosoma X (la forma neonatal se presenta por transmisión autosómica recesiva) y afecta aproximadamente de 1 en 20.000 a 1 en 50.000 personas de todas las razas. Esta afección ocasiona la acumulación de ácidos grasos de cadena larga (C22 – C24) en el sistema nervioso, en las glándulas suprarrenales y en los testículos, lo cual interrumpe la actividad normal. Existen siete formas reconocidas de la enfermedad. La forma neonatal aparece poco después del nacimiento e incluye convulsiones y retraso en el desarrollo neurológico, presentándose la muerte en la niñez o en la primera infancia. La forma cerebral

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infantil aparece en la mitad de la etapa de la niñez (de 4-8 años) y las otras formas aparecen durante la adolescencia. Alrededor de un tercio de las personas afectadas desarrollan síntomas neurológicos y aproximadamente la mitad desarrollan un mal funcionamiento suprarrenal.

En la forma infantil, los primeros síntomas comprenden hiperactividad, dificultades en la escuela, dificultades para comprender la comunicación verbal, deterioro en la escritura, ojos cruzados o bizcos (estrabismo) y posiblemente convulsiones. A medida que la enfermedad avanza, aparecen nuevos signos de daño a la sustancia blanca del cerebro que incluyen cambios en el tono muscular, rigidez y deformidades por contractura, dificultades para deglutir y coma.

El otro componente principal de la forma infantil y de todas las otras formas de adrenoleucodistrofia es el desarrollo de un deterioro muy significativo de la función suprarrenal similar a la enfermedad de Addison. En este caso, se presenta una deficiencia muy significativa de hormonas esteroides que puede tratarse en forma adecuada con corticosteroides.

Tratamiento : La disfunción suprarrenal se trata con esteroides suplementarios tales como el cortisol.

No existe un tratamiento específico disponible para la adrenoleucodistrofia. Sin embargo, una dieta baja en ácidos grasos de cadena larga y la administración de aceites especiales, como el aceite de Lorenzo (en honor del hijo de la familia quien descubrió el tratamiento) han demostrado que reducen los niveles sanguíneos de dichos ácidos. El aceite de Lorenzo es una mezcla de ácido oleico (C18:1) y ácido erucico (C22:1). Con esta mezcla de ácidos grasos moninsaturados se logra inhibir la síntesis de acidos grasos saturados de cadena larga. Actualmente, este régimen para el tratamiento de la adrenoleucodistrofia está bajo evaluación.