Manual BQ AFIR by Academia AFIR

MANUAL AFIR DE BIOQUÍMICA 1.ª edición - Febrero 2017 ISBN 978-84-946570-1-6 DEPÓSITO LEGAL M-3172-2017 ACADEMIA DE PREPARACIÓN FIR, S.L. www.afiracademia.com info@afiracademia.com DISEÑO, MAQUETACIÓN E ILUSTRACIONES Iceberg Visual Diseño, S.L.N.E. IMPRESIÓN

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BIOQUÍMICA

Bioquímica TEMA 9

METABOLISMO DE LÍPIDOS Enfoque FIR

Es, sin duda, el tema más importante de la asignatura. En la parte de catabolismo, prestar especial atención a los productos finales de la oxidación de AG y a las patologías de las rutas peroxisomales. La parte de biosíntesis tiene menos peso, pero debes poner atención al complejo AG sintasa. Muy importante el cuadro de esfingolipidosis. Del colesterol es necesario que controles tanto su síntesis y regulación, como su eliminación. El metabolismo de las lipoproteínas es uno de los puntos más importantes, sobre todo las dislipidemias (tabla muy importante). El metabolismo de los cuerpos cetónicos suele preguntarse menos.

9.1. Catabolismo ácidos grasos y lipólisis Como ya vimos en el catabolismo de Glúcidos, otra fuente importante de combustible son los Ácidos grasos. De hecho, los triacilglicéridos del tejido adiposo suponen la fuente de energía más abundante almacenada en el organismo (FIR 2010, 181). En este capítulo veremos de dónde provienen los ác. Grasos y cómo son oxidados a Acetil-CoA (β-oxidación). (Ver figura 1)

9.1.1. ¿De dónde provienen los ácidos grasos? Existen 3 fuentes principales de ácidos grasos en el organismo: - Los consumidos en la dieta. - Los almacenados en el tejido adiposo. - Los sintetizados en el hígado y exportados para ser almacenados (p. ej., el exceso de glúcidos en la dieta).

Grasas de la dieta

Figura 1. Esquema general del catabolismo de glúcidos, ácidos grasos y aminoácidos.

Los triacilgliceroles (TAG=TG) consumidos en la dieta se emulsionan con las sales biliares para formar micelas microscópicas. Las lipasas intestinales (ver Tema 12.3. del Manual de Fisiología) hidrolizan los TG de las micelas en monoglicéridos, diglicéridos, ác. grasos libres y glicerol.

Movilización de triacilglicéridos almacenados o Lipólisis

Estos productos son absorbidos principalmente en el duodeno, reconvertidos en TG e incorporados, junto con colesterol y proteínas específicas, a los quilomicrones, que pasan de la mucosa intestinal al sistema linfático y de éste, a la sangre (FIR 2002, 155). Son transportados por el sistema circulatorio hasta el músculo y el tejido adiposo, dónde la lipoproteína lipasa liberará ác. grasos (AG) y glicerol de los quilomicrones (ver Tema 9.4):

Cuando existe necesidad de energía se movilizan los TG almacenados en el tejido adiposo y son transportados a los tejidos donde pueden ser degradados a ác. Grasos.

- En el músculo los AG serán oxidados para obtener energía. - En el tejido adiposo se reesterificarán a TG y se almacenarán. El resto TG que queda en los quilomicrones llegan al hígado dónde podrán ser degradados para obtener energía o usarse como precursores en la síntesis de cuerpos cetónicos.

Los triacilglicéridos (también llamados triglicéridos, triacilgliceroles o grasas neutras) están almacenados formando gotículas revestidas por Perilipinas, unas proteínas que evitan la movilización de estos triglicéridos.

En respuesta a ciertas hormonas, el AMP cíclico (AMPc) activa una proteína quinasa dependiente de AMPc (PKA) que fosforila la Perilipina A (de la superficie de las gotículas) y la Triglicérido lipasa o Lipasa sensible a hormonas (Fosforilada = Activa) (FIR 2012, 126; FIR 2010, 176). La Perilipina Fosforilada moviliza a la Lipasa sensible a hormonas Activada a la superficie de las gotículas, donde libera ác. Grasos que pasan a la circulación. En la sangre circulan unidos a albúmina (ya que no son solubles) y son transportados a otros tejidos, dónde serán degradados. (Ver figura 2 en la página siguiente)

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Figura 2. Lipólisis.

Regulación de la lipólisis La Adrenalina y el Glucagón se liberan en respuesta a bajos niveles de glucosa en sangre, y activan la adenilciclasa, aumentando los niveles de AMPc. Activan la lipólisis. Por otro lado, la Insulina liberada cuando aumentan los niveles de glucosa en sangre, inhibe la adenilciclasa, disminuyendo los niveles de AMPc e inhibiendo la lipólisis.

GLUCAGÓN ADRENALINA

↑ AMPc

(FIR 2011, 187; FIR 2007, 253)

↓ AMPc

INSULINA

Activa lipólisis

Inhibe lipólisis

Tabla 1. Regulación de la lipólisis.

9.1.2. Degradación ácidos grasos Consiste en la oxidación de ácidos grasos (AG) a Acetil-CoA. Se da prácticamente en todos los tejidos pero sobre todo, en el hígado. Fundamentalmente, tiene lugar en la matriz mitocondrial (FIR 2001, 173) dónde se encuentran los enzimas responsables de la ruta, aunque en el transporte de los AG hasta el interior de la mitocondria se dan una serie de pasos en el citosol y en la membrana mitocondrial. Podemos diferenciar dos etapas en la degradación de AG: - Entrada en la matriz mitocondrial: Una vez dentro de la célula, los AG no pueden atravesar la membrana mitocondrial. Necesitan ser activados y transportados a través de la membrana mitocondrial. - β-Oxidación: Una vez tenemos el AG activado dentro de la mitocondria, se oxida finalmente a Acetil-CoA.

Destino del Glicerol Además de ác. Grasos, también se libera Glicerol que se degradada por la vía glucolítica, aunque sólo supone un 5% de la energía obtenida de los TG. Los pasos que sigue para entrar en la glucólisis son los siguientes:

Activación y transporte La mayoría de AG necesitan transportadores para atravesar la membrana mitocondrial (los AG con cadena <12 C, pueden atravesarla sin ayuda). La entrada en la mitocondria se divide en:

Recuerda... El Glicerol también es un precursor de la GNG.

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Bioquímica Activación del AG El AG se activa en el citoplasma mediante la Acil-CoA sintetasa, que se encuentra en la cara externa de la membrana mitocondrial externa. En esta reacción se produce la hidrólisis de ATP a AMP y PPi (equivalente a la hidrólisis de 2 moléculas de ATP=rotura pirofosfatolítica → ver Tema 12) y da lugar a Acil Graso-CoA (AG Activado).

La entrada de AG por la lanzadera de carnitina, es el paso limitante en la oxidación de AG y, por lo tanto, un punto de regulación. Un déficit de carnitina no permite que la β-oxidación tenga lugar (FIR 2013, 134; FIR 2011, 186; FIR 2009, 154). β-Oxidación El AG activado, una vez en la matriz mitocondrial, es oxidado secuencialmente liberando cada vez 2C en forma de Acetil-CoA (FIR 2008, 179). Para describir la β-Oxidación, empezaremos por el caso sencillo de un AG completamente saturado y con un número par de átomos de carbono. Después explicaremos los pasos adicionales para AG insaturados y para AG de cadena impar.

Los precursores de la carnitina son los Aa: Lisina y Metionina (FIR 2004, 148).

β-Oxidación de AG saturados y cadena PAR La oxidación se produce en una secuencia repetitiva de 4 reacciones que empiezan por el extremo carboxilo de la cadena del Acil graso-CoA.

Para atravesar la membrana mitocondrial el Acil graso-CoA necesita ser transportado por la Lanzadera de Carnitina. Transcurre en 3 pasos:

1. Deshidrogenación: Genera un doble enlace con configuración TRANS entre C2 y C3. El enzima que cataliza la reacción es la Acil-CoA deshidrogenasa y se genera un FADH2 (FIR 2010, 177).

1. El Acil graso-CoA se une a Carnitina mediante la enzima carnitina aciltransferasa I o carnitina palmitoil transferasa I (CAT-1=CPT-1) que se encuentra en la membrana mitocondrial externa. El acil graso unido a carnitina atraviesa la membrana mitocondrial externa.

¡Ojo!

Transporte hacia la matriz mitocondrial

2. Hidratación: La Enoil-CoA hidratasa adiciona una molécula de agua sobre el doble enlace TRANS.

Los AG insaturados naturales tienen enlaces CIS.

Recuerda... 2. Ahora el Acil graso-Carnitina penetra en la matriz mitocondrial gracias al transportador Acil-carnitina/Carnitina, localizado en la membrana mitocondrial interna. 3. La carnitina aciltransferasa II o carnitina palmitoil transferasa II (CAT-2=CPT-2), localizada en la cara interna de la membrana mitocondrial interna, regenera el Acil grasoCoA en la matriz mitocondrial.

FAD es coenzima de: - PDH (C. Krebs) - α-cetoglutarato DH (C. Krebs) - Succinato DH (C. Krebs) - Acil-CoA DH (β-oxidación) - α-Cetoácido deshidrogenasa de cadena ramificada (degradación de aminoácidos de cadena ramificada)

3. Deshidrogenación: Se forma una cetona (β-ceto-acil-CoA) y un NADH (FIR 2010, 177). La reacción está catalizada por la β-hidroxiacilCoA deshidrogenasa. (Ver figura 3)

Figura 3. Reacciones que tienen lugar en la Lanzadera de Carnitina. El esqueleto del AG se encuentra rodeado en verde.

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4. Liberación Acetil-CoA: La Acil-CoA acetiltransferasa o tiolasa separa el fragmento carboxilo terminal de 2C (Acetil-CoA) y adiciona otro grupo CoA a la cadena restante. Como hemos comentado, estos 4 pasos se repiten y por cada ciclo que pasa rinde: • 1 Acetil-CoA (2C). • 1 FADH2. • 1 NADH.

afiracademia.com El Acetil-CoA puede continuar su degradación en el ciclo del ác. Cítrico y los electrones, acumulados en coenzimas FADH2 y NADH (generados en la β-oxidación y el ciclo del ác. cítrico), proporcionarán ATP mediante la Fosforilación Oxidativa. El rendimiento energético (ATP) de la oxidación completa de un AG se puede calcular con el ejemplo de la tabla 2 (ver en la página siguiente). β-Oxidación de AG insaturados Suponen la mayoría de AG de animales y plantas y presentan dobles enlaces en configuración CIS, de manera, que la EnoilCoA hidratasa (2.ª reacción de la ruta anterior) no puede actuar. Para los AG MONO-insaturados se necesita una encima adicional, la Enoil-CoA isomerasa, que cambia la configuración del doble enlace a TRANS para que la Enoil-CoA hidratasa pueda actuar. El resto de las reacciones suceden como en la β-Oxidación de AG Saturados. Para los AG POLI-insaturados, además de la Enoil-CoA isomerasa también interviene la 2,4-dienoil-CoA reductasa. La ruta empieza igual que hemos visto en el caso de AG saturados, y estos enzimas adicionales intervienen sólo al llegar a la insaturación. Una vez se separan los 2C que contenían el doble enlace, en forma de Acetil-CoA, el resto de la cadena seguirá oxidándose como vimos en la oxidación de AG saturados, hasta volver a llegar a una nueva insaturación.

Al tener ya dobles enlaces, la 1.ª reacción de la β-Oxidación de AG Saturados no es necesaria en esa vuelta de oxidación. ¡Entonces por cada insaturación que exista en la cadena del AG se formará un FADH2 menos!

β-Oxidación de AG de cadena impar Los AG de cadena IMPAR se oxidan con la misma ruta que los AG de cadena PAR. Sin embargo, en el último ciclo de oxidación se desprende una molécula de Acetil-CoA (2C) y el fragmento que queda es Propionil-CoA (3C) (FIR 2004, 149). El Acetil-CoA, como ya hemos visto, puede oxidarse en el ciclo del ácido cítrico, pero el Propionil-CoA sigue una ruta en la que participan 3 enzimas. (Ver figura 5 en la página siguiente)

Recuerda... El Propionil-CoA es precursor de la GNG, ya que se convierte en un intermedio del c. Krebs. Sin embargo, el Acetil-CoA no tiene producción neta de intermedios del c. Krebs y, por lo tanto, no es precursor de la GNG.

Figura 4. β-Oxidación de AG saturados de cadena par.

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1. El Propionil-CoA se carboxila mediante la Propionil-CoA Carboxilasa a D-Metilmalonil-CoA. Este enzima contiene como cofactor Biotina y la reacción requiere 1 ATP. 2. A continuación, la Metilmalonil-CoA Epimerasa (o Racemasa) transforma la D-Metilmalonil-CoA en su estereoisómero L-Metilmalonil-CoA. 3. El L-Metilmalonil-CoA se reestructura para formar SuccinilCoA, intermedio del c. Krebs. Esta reacción está catalizada por la Metilmalonil-CoA Mutasa y requiere Coenzima B12.

Bioquímica

EJEMPLO ÁCIDO PALMÍTICO (16 C) Nº de acetil-CoA = Nº de C del AG/2

Cada acetil-CoA rendirá 10 ATP en el ciclo de Krebs-cadena respiratoria (ver Tema 8)

Nº de acetil-CoA = 16/2 = 8 8 × 10 = 80 ATP

Nº de NADH = Nº de acetil-CoA − 1

Cada NADH rendirá 2.5 ATP en la cadena respiratoria

Nº de NADH = 8 − 1 = 7 7 × 2.5 = 17.5 ATP

Nº de FADH2 = Nº de NADH

Cada FADH2 rendirá 1.5 ATP en la cadena respiratoria

Nº de FADH2 = 7 7 × 1.5 = 10.5 ATP

Activación del ácido graso (¡no nos olvidemos!)

Se emplean 2 ATP

-2ATP Rendimiento global de la oxidación completa del palmitato: 80 + 17.5 + 10.5 − 2 = 106 ATP

Tabla 2. Rendimiento de la oxidación completa del ácido palmítico.

Patologías por deficiencias en la oxidación de AG La alteración genética más frecuente es el déficit de Acil-CoA DH de cadena media (MCAD), y producen acumulación de grasa, hipoglucemias, trastornos gastrointestinales, etc. Detectada precozmente puede mejorarse el pronóstico llevando una dieta específica. Otra enfermedad relacionada más grave pero menos frecuente, es el déficit de la β-Hidroxiacil-CoA DH de cadena larga. Regulación de la β-Oxidación En el hígado, el Acil graso-CoA formado en el citosol puede seguir dos rutas: - β-Oxidación en la mitocondria. - Biosíntesis de TG y Fosfolípidos en el citosol. Como hemos comentado, la lanzadera de carnitina es el paso limitante de la oxidación de AG, y la ruta escogida dependerá del funcionamiento de este transporte. El Malonil-CoA (intermedio de la síntesis de AG) inhibe la CAT-1 (no entran AG en la mitocondria, inhibe β-Oxidación) (FIR 2014, 128) y, por lo tanto, el Acil graso-CoA se destina a la biosíntesis de TG y fosfolípidos. Cuando hay glucosa en exceso (se produce liberación de insulina), la glucosa se destina a la biosíntesis de AG (lipogénesis) y los niveles de Malonil-CoA aumentan. Por eso, siempre que el hígado reciba abundante glucosa, la oxidación de AG estará inhibida. Sin embargo, el glucagón, inhibe la Acetil-CoA carboxilasa , disminuyendo la formación de Malonil-CoA (ver lipogénesis) y, por lo tanto, favorece la beta-oxidación. Figura 5. β-Oxidación de AG de cadena impar.

Recuerda... Requiere B12 (Cobalamina): - Metilmalonil-CoA mutasa (β-Oxidación AG y degradación Aa ramificados) - Homocisteína-metiltransferasa = metionina sintasa (síntesis Metionina)

Figura 6. Esquema resumen de la regulación de la beta-oxidación.

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Otras Rutas de Oxidación de AG Rutas peroxisomales - β-Oxidación Peroxisomal: Los peroxisomas son organelas rodeadas de membrana, presentes en plantas y animales. En las plantas superiores la β-oxidación de AG tiene lugar en estos orgánulos por completo (FIR 2014,131), mientras que en los animales, sólo los AG de cadena muy larga (>20C) y los AG ramificados se oxidan parcialmente (18C) en los peroxisomas antes de entrar a la mitocondria para oxidarse por completo. La diferencia principal de la ruta peroxisomal con mitocondrial es que, en el primer paso, en vez de formarse FADH2 como en la mitocondria se forma H2O2 (tóxico) que es eliminado inmediatamente por la catalasa (no produce ATP). - α-Oxidación Peroxisomal: Algunos AG ramificados contienen grupos metilo (-CH3) sobre el carbono β (carbono sobre el que se produce la β-Oxidación) de manera que para degradarse necesitan una ruta adicional, la α-Oxidación. Consiste en la descarboxilación del grupo metilo del carbono β (desprende CO2) y luego continúa como la β-Oxidación. Principalmente usa esta vía el Ác. Fitánico.

- Desórdenes en la biogénesis peroxisomal: Son un conjunto de enfermedades causadas por las deficiencias funcionales o enzimáticas de los peroxisomas, que conllevan la acumulación de ciertos AG. (Ver tabla 3) ω-Oxidación Es una ruta minoritaria que tiene lugar en el réticulo endoplasmático del hígado y el riñón. Consiste en la oxidación del carbono terminal ω (en el extremo opuesto del grupo carboxílico del AG) para generar un nuevo grupo carboxílico. La β-Oxidación tendrá lugar en ambos extremos.

9.2. Biosíntesis Lípidos Además de ser la forma principal de energía almacenada, los lípidos son los componentes principales de las membranas celulares. También existe gran variedad de lípidos especializados con funciones muy diversas (transportadores, mensajeros celu-

SÍNDROME ZELLWEGER

(FIR 2012, 62; FIR 2006, 144)

Carencia peroxisomas

lares, pigmentos, hormonas, etc.). Los componentes principales de los lípidos son los Ác. Grasos (AG), por lo que, empezaremos explicando su biosíntesis.

9.2.1. Biosíntesis Ác. Grasos o Lipogénesis Tiene lugar en el citosol de las células de la mayoría de tejidos, pero principalmente en el hígado. Algunos tipos de AG requieren pasos adicionales que transcurren en otros sitios, como la mitocondria o los microsomas del retículo endoplásmico (lo veremos más adelante). Para la biosíntesis de AG se requiere fundamentalmente: - Una molécula Acetil-CoA (2C) iniciador. - Varias moléculas de Malonil-CoA (3C). - Complejo AG sintasa. - Poder reductor NADPH (FIR 2009, 171). Explicado de manera resumida consiste en una secuencia repetitiva de reacciones en la que: - En la primera vuelta, se adiciona un acetilo (2C) proveniente de Malonil-CoA (3C) sobre el acetilo (2C) proveniente del Acetil-CoA iniciador (2C) obteniendo un intermedio de 4C. - En las siguientes vueltas, se adicionarán acetilos (2C) (provenientes de Malonil-CoA) sobre el intermedio generado en la vuelta anterior, hasta llegar a una cadena máximo de 16C, es decir, ácido palmítico. - Todas las reacciones de la secuencia están catalizadas por el complejo AG sintasa y en cada vuelta se requieren 2 NADPH. Dividiremos el contenido en 3 partes: 1. Transporte del Acetil-CoA al citosol. 2. Formación de Malonil-CoA. 3. Complejo AG sintasa y biosíntesis del AG.

1. Transporte de Acetil-CoA al citosol Como hemos visto, el Acetil-CoA se sintetiza principalmente en la mitocondria a partir del piruvato y los esqueletos carbonados de los Aa (el formado en la β-oxidación no contribuye significativamente en la lipogénesis) (FIR 2015, 142). Este Acetil-CoA utiliza la lanzadera de citrato para llegar al citosol, donde se lleva a cabo la biosíntesis de AG. Utilizando el primer paso del ciclo de Krebs, el Acetil-CoA se condensa con Oxalacetato para producir Citrato, mediante la citrato sintasa. El citrato atraviesa la membrana mitocondrial con el transportador de citrato y, una vez en el citosol, la Citrato Liasa regenera el Acetil-CoA (FIR 2004, 146) y el Oxalacetato. El Acetil-CoA ya estará disponible para la síntesis de AG y, el Oxalacetato formará Malato mediante la Malato DH para poder regresar a la mitocondria. Existen 2 vías para que el Malato entre en la mitocondria:

Daños hepáticos, renales y cerebrales (pronóstico fatal)

ADRENOLEUCODISTROFIA

Defecto transporte de AG al interior del peroxisoma

Lesiones neuronales Ligada a cromosoma X

SÍNDROME DE REFSUM

Defecto enzimático de la ¡α-Oxidación!

Lesiones neuronales

(FIR 2015, 69; FIR 2010, 187) (FIR 2006, 251)

Tabla 3. Tabla 3. Patologías peroxisomales.

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Acumulación de AG de cadena muy larga

Acumulación Ác. Fitánico

Bioquímica

Figura 7. Transporte de acetil-CoA al citosol.

- Con su propio transportador. Una vez en la matriz mitocondrial, la malato DH regenerará el Oxalacetato - De forma alternativa, puede convertirse en Piruvato mediante el enzima Málico y a la vez, producir NADPH. El piruvato atraviesa la membrana mitocondrial con su propio transportador y regenera Oxalacetato mediante la Piruvato Carboxilasa (1.º enzima GNG).

La Acetil-CoA Carboxilasa es el enzima limitante de la velocidad en la lipogénesis y, por tanto, un punto de regulación importante (ver Regulación).

3. Complejo AG sintasa y biosíntesis del AG (FIR 2002, 152) El Complejo AG sintasa es un polipéptido con 7 actividades enzimáticas (en plantas, microorganismos y levaduras son varias proteínas separadas que actúan en conjunto).

(Ver figura 7)

2. Formación de Malonil-CoA El Malonil-CoA (3C) sirve de cebador y en cada vuelta aporta 2C a la síntesis de la cadena. El Malonil se forma a partir de la Carboxilación irreversible de Acetil-CoA, mediante la Acetil-CoA Carboxilasa. En esta reacción, la Biotina actúa como transportador de CO2 y se requiere un ATP. Figura 8. AG sintasa.

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Tiene 2 grupos TIOL (-SH) que actúan como 2 sitios de unión: - Un residuo cisteína (Cys) de la parte periférica del polipéptido, donde se une el Acetilo Iniciador proveniente de Acetil-CoA. - Un grupo –SH en la parte central, ACP. Es una fracción portadora de acilos que contiene 4-fosfopanteteína (derivado de vit B5). ACP se carga con el Malonilo proveniente de Malonil-CoA.

Recuerda... También contiene B5: Coenzima A.

Primera vuelta de la síntesis de AG Ya tenemos el complejo AG sintasa cargado con un Acetilo y un Malonilo. A continuación, se producen las siguientes reacciones:

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Los requerimientos del proceso global para generar una cadena de 16C (7ciclos) serán: - 8 Acetil-CoA (1 Iniciador + 1 Malonil-CoA por ciclo). - 7 ATP (para sintetizar 7 Malonil-CoA). - 14 NADPH (2 por ciclo).

Elongación de la cadena de AG Para obtener AG de cadenas >16C son necesarios los sistemas de alargamiento de AG o elongasas presentes en los Microsomas del Retículo endoplasmático liso (REL) (mayoritariamente) y en las mitocondrias. Utilizan el ác. Palmítico (16C) como precursor y el coenzima A (en vez de la ACP) transfiere acilos de 2C provenientes de Malonil-CoA. El resto de reacciones son idénticas a las vistas previamente.

Desaturación de AG Consiste en la introducción de dobles enlaces por la Acil grasoCoA desaturasa, una oxidasa de función mixta presente en el Retículo endoplasmático liso (FIR 2004, 147). El proceso requiere el AG que se quiere “insaturar”, NADH o NADPH, citocromo b5 y una flavoproteína (citocromo b5 reductasa).

Figura 9. Complejo AG sintasa cargado con un acetilo y un malonilo.

1. Condensación: Se une el Acetilo (2C) con el Malonilo (3C), formando un acetoacetilo (4C) que queda unido inicialmente a la fracción ACP. En la reacción se libera un CO2, el mismo que se utilizó para formar el Malonil-CoA. 2, 3, 4. Reducción del grupo carbonilo (C=O): Son 3 reacciones consecutivas y requieren 2 NADPH. (Ver figura 10) 5. Translocación del intermedio recién formado al grupo –SH del residuo de Cys periférico. (Ver figura 11 en la página siguiente) Tras esta primera vuelta obtenemos un butirilo (4C). Este intermedio de 4C empezará un nuevo ciclo que alargará la cadena en 2C más, condensándose con una nueva molécula de Malonilo. La secuencia de reacciones seguirá hasta alcanzar una cadena de un máximo de 16C, es decir, ác. Palmítico. Finalmente, el palmitato es liberado de la ACP por acción de la misma.

Figura 10. Reacciones de reducción y deshidratación de la síntesis de AG.

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Los mamíferos no pueden introducir dobles enlaces más allá de la posición 9, por lo que el ác. Linoleico (insaturado en C9 y C12) y el ác. Linolénico (insaturado en C9, C12, C15) no pueden ser sintetizados por el hombre y deben ser ingeridos a partir de vegetales en la dieta; son AG esenciales (FIR 2005, 135).

Regulación de la Biosíntesis AG La síntesis y la degradación de AG están reguladas coordinadamente y no tienen lugar simultáneamente. Como ya vimos, el Malonil-CoA (precursor de la síntesis de AG) inhibe la β-Oxidación (FIR 2014, 128), así que durante la síntesis de AG, la degradación está bloqueada. El principal punto de regulación de la Lipogénesis es la AcetilCoA Carboxilasa, que está regulada a nivel alostérico y por modificación covalente. Regulación Alostérica de la Acetil-CoA Carboxilasa El citrato (precursor de Acetil-CoA) activa la Acetil-CoA Carboxilasa y, por lo tanto, la lipogénesis.

Recuerda... El citrato INHIBE la PFK-1 (inhibe glucólisis).

Bioquímica

Figura 11. Biosíntesis de AG.

El palmitoil-CoA (producto de la síntesis de AG) inhibe la Acetil-CoA Carboxilasa, así que, inhibe la lipogénesis. (Ver figura 12) Regulación por modificación covalente de la Acetil-CoA Carboxilasa El Glucagón y la Adrenalina (liberados en ayuno, por bajos niveles de Glucosa) desencadenan la fosforilación del enzima, inactivándolo → Inhiben la síntesis de AG. La Insulina (liberada en respuesta a altos niveles de Glucosa) desencadena la defosforilación del enzima, activándolo → Activa la síntesis de AG.

Figura 12. Regulación de la acetil-CoA carboxilasa.

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9.2.2. Biosíntesis Triacilglicéridos y Fosfolípidos de membrana Los AG sintetizados o ingeridos tienen principalmente 2 destinos: - Formar TG y ser almacenados. - Formar Fosfolípidos, componentes de las membranas celulares. Son de especial interés los Glicerofosfolípidos y los esfingolípidos. La síntesis de TG y Glicerofosfolípidos tienen como precursor común el Ácido Fosfatídico o diacilglicerol 3-fosfato.

Figura 13. Esquema de un TG (arriba) y un Glicerofosfolípido (abajo).

Síntesis de Ác. Fosfatídico Se forma a partir de dos precursores: - Un “armazón” de Glicerol 3-Fosfato que se forma por dos vías: • A partir de la Dihidroxiacetona Fosfato (Intermedio de la Glucólisis). • A partir de Glicerol, por la acción de la glicerol quinasa (Hígado y riñón). - Dos ACIL Graso-CoA (AG activado): formados a partir de la Acil-CoA Sintetasa.

Recuerda... Es igual que la activación de AG en la β-Oxidación y requiere 2 ATP.

La síntesis del Ác. Fosfatídico tiene lugar con la adición de dos AG activados sobre los grupos hidroxilo (-OH) de la posición C1 y C2 del glicerol 3-P. (Ver figura 14)

Figura 15. Síntesis de triglicéridos.

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Metabolismo de lípidos

Figura 14. Síntesis de ácido fosfatídico.

Síntesis de TG Para la síntesis de TG, el ácido Fosfatídico es hidrolizado por una fosfatasa a 1,2-Diacilglicerol, sobre el que se adicionará un tercer Acil graso-CoA (ver figura 15).

Bioquímica Regulación: El exceso de combustibles (Glúcidos, grasa y proteínas) en la dieta es almacenado en forma de TG. La síntesis de TG está regulada recíprocamente con la degradación (Lipólisis), es decir, lo que activa una vía inhibe la otra. La Insulina promueve la formación de TG a partir de Glúcidos (lipogénesis).

- Activando el grupo cabeza con CTP. Son ejemplos de esta estrategia: • Fosfatidiletanolamina: CDP-Etanolamina + Diacilglicerol. • Fosfatidilcolina. Existen dos manera de sintetizarla: - CDP-Colina + Diacilglicerol. - En el hígado, puede sintetizarse por metilación de la Fosfatidiletanolamina utilizando la S-adenosilmetionina (SAM):

• Fosfatidilserina. Proviene de la Fosfatidiletanolamina o la Fosfatidilcolina.

- Figura 16. Regulación de la insulina sobre la síntesis de TG.

En la diabetes mellitus (déficit de insulina), el Acetil-CoA se desviará a la síntesis de cuerpos cetónicos.

La degradación de los Glicerofosfolípidos se ve en el Tema 2.3.

Síntesis de Fosfolípidos de membrana

Plasmalógenos

Tiene lugar en el REL y la membrana mitocondrial interna. Como ya hemos dicho, destacamos los Glicerofosfolípidos y los Esfingolípidos.

La síntesis de los plasmalógenos tiene lugar en los Peroxisomas y requiere NADPH.

Partiendo de un patrón de síntesis similar, se obtienen numerosos productos finales. En primer lugar se requiere un “armazón” de glicerol o esfingosina, al que se le unirán 2 ó 1 AG activado, respectivamente, y un grupo cabeza hidrofílico.

Se sintetizan mediante la unión de un alcohol graso y un grupo cabeza. Las insaturaciones de los plasmalógenos son introducidas por una oxidasa de acción mixta similar a la introduce dobles enlaces en los AG.

Recuerda... La ausencia de peroxisomas causa el síndrome de Zellweger: no habrá síntesis de plasmalógenos.

Esfingolípidos Figura 17. Esquema Glicerofosfolípido.

Glicerofosfolípidos

Como se ha comentado, su estructura es fundamentalmente un armazón de esfingosina, con un AG activado y un grupo cabeza hidrofílico. La esfingosina se sintetiza a través de la esfinganina.

Partiendo del ácido Fosfatídico existen 2 estrategias para unir el grupo cabeza: - Activando el ácido Fosfatídico mediante condensación con citidina trifosfato (CTP) (es un nucleótido) que da lugar a CDP-Diacilglicerol (CDP-DAG). Siguen este esquema: • Cardiolipina: CDP-DAG + Fosfatidilglicerol. • Fosfatidilinositol: CDP-DAG + Inositol.

Recuerda... El fosfatidilinositol participa en la transducción de señales (ver Tema 2.4.).

Figura 18. Esquema de glucoesfingolípidos y enfingofosfolípidos

Su biosíntesis se puede explicar en 4 pasos: 1. Formación de Esfinganina (18C): Se condensa la Serina con el Palmitoil-CoA (AG activado) con posterior reducción mediante NADPH.

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2. Unión de un segundo AG activado para formar N-Acilesfinganina. 3. Desaturación de la esfinganina mediante una oxidasa de función mixta (como en plasmalógenos y AG) con la formación de N-Acilesfingosina (Ceramida). 4. Unión del grupo cabeza, en función del cual obtendremos: • Glucoesfingolípidos: El grupo cabeza es uno o varios azúcares que se introducen en su forma activada, UDP-Glucosa o UDP-Galactosa. Se unen por enlace glucosídico. - Cerebrósidos: añadiendo Glucosa o Galactosa (1 sólo monosacárido) - Globósidos: añadiendo más de 1 monosacárido. - Sulfátidos: añadiendo un sulfato a un galactocerebrósido. - Gangliósidos: añadiendo más de un monosacárido y que, al menos uno, sea ácido siálico. • Esfingofosfolípidos como la esfingomielina: La Fosfatidilcolina actúa como donador de fosfocolina para formar esfingomielina. (Ver figura 19 y cuadro Recuerda) - Patologías de los Esfingolípidos: Los Esfingolípidos se degradan por acción de enzimas en los lisosomas. El déficit de uno o varios enzimas conlleva la acumulación de estos lípidos en los lisosomas provocando un conjunto de enfermedades graves, las esfingolipidosis. Son enfermedades de depósito (tesaurosmosis) lisosomal (FIR 2014, 61) y de carácter autosómico recesivo (HAR). Las más destacadas se recogen en la tabla 4 (ver en la página siguiente). Algunos de estos enzimas utilizan como cofactores una familia de triterpenoides llamadas saponinas y su déficit también está asociado a ciertas esfingolipidosis (FIR 2012, 61).

9.3. Metabolismo de colesterol Como ya vimos en el Tema 2, el colesterol es una molécula esencial para el organismo por ser componente de las membranas celulares y precursor de ácidos biliares, hormonas esteroideas y vitamina D. Sin embargo, el exceso de concentración de colesterol es perjudicial por su depósito en los tejidos y paredes de los vasos. Por ello, el equilibrio entre su aporte (biosíntesis e ingesta dietética) y eliminación es crucial.

9.3.1. Síntesis del colesterol El colesterol se sintetiza en el citoplasma de todas las células, pero el órgano principal de síntesis es el hígado. Todos los átomos del colesterol provienen de un único precursor, el acetil-CoA (molécula de 2C).

Recuerda... El acetil-CoA puede obtenerse de: β-oxidación de ácidos grasos, degradación de aminoácidos cetogénicos (Lys, Leu) y oxidación del piruvato (reacción de la piruvato deshidrogenasa).

La síntesis consta de las siguientes 5 etapas (FIR 2003, 159): 1. Formación del 3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA (HMG-CoA): En primer lugar se condensan 2 moléculas de acetil-CoA mediante la tiolasa, dando acetoacetil-CoA (molécula de 4C). A continuación, la HMG-CoA sintasa (enzima citoplasmática) incorpora otra molécula de acetil-CoA formando el HMG-CoA (molécula de 6C).

Figura 19. Esquema general de síntesis de esfingolípidos.

Recuerda...

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Bioquímica

ENFERMEDAD

SIGNOS Y SÍNTOMAS

SUSTANCIA ACUMULADA

DEFICIENCIA ENZIMÁTICA

Gaucher Tipo 1. No neuropática Tipo 2. Neuropática aguda Tipo 3. Neuropática crónica

Hepato y esplenomegalia, erosión de huesos largos y pelvis, retardo mental en formas infantiles.

Glucocerebrósido

β Glucocerebrosidasa (o glucosilceramidasa) (FIR 2007, 147; FIR 2001, 198)

Fabry LIgado a cromosoma X

Sarpullido, dolores de extremidades inferiores, problemas renales.

Trihexosil-ceramida (Gb3)

α galactosidasa A (FIR 2008, 174; FIR 2004, 191)

Niemann-Pick Tipos A, B, C y D

Hepato y esplenomegalia, retardo mental.

Esfingomielina (FIR 2006, 158; FIR 2006, 18; FIR 2005, 168)

Esfingomielinasa (FIR 2004, 82; FIR 2000, 109)

Krabbe o Leucodistrofia globoide

Retardo mental, ausencia de mielina.

Galactosil ceramida = Galactocerebrósido (FIR 2009, 65)

Galactosil ceraminidasa = Galactocerebrosidasa (FIR 2012, 63)

Farber o Lipogranulomatosis

Artritis y artralgias, retraso desarrollo, atrofia muscular, hiporreflexia, estridor y disfonía.

Ceramida

Ceramidasa

Landing o Gangliosidosis generalizada o Pseudogargolismo

Retardo mental, hepatomegalia.

Gangliósidos GM1

β galactosida

Tay-Sachs (FIR 2003, 188)

Retardo mental, ceguera, muerte en el segundo o tercer año de vida.

Gangliósidos GM2 (FIR 2009, 68)

β Hexosaminidasa A = N-acetil hexosaminidasa (FIR 2011, 178; FIR 2006, 160)

Sandhoff

Retraso mental, ceguera, muerte prematura.

Gangliósidos GM2 y globósido

β Hexosaminidasa A y B

Scholtz o Leucodistrofia metacromática

Retardo mental, epilepsia, atrofia óptica.

Sulfátido

Arilsulfatasa A*

*¡Ojo! La Arilsulfatasa B participa en la degradación de mucopolisacáridos. Tabla 4. Esfingolipidosis.

Recuerda... La HMG-CoA sintasa presenta dos isoenzimas, que participan en: - Síntesis de colesterol: isoenzima citoplasmática. - Síntesis de cuerpos cetónicos: isoenzima mitocondrial. Por tanto, la primera fase de ambas síntesis es común.

2. Formación del mevalonato: El HMG-CoA se reduce en una reacción irreversible a mevalonato (molécula de 6C) mediante la HMG-CoA reductasa, que utiliza 2 moléculas de NADPH como agente reductor. Esta es la etapa limitante de velocidad y punto principal de regulación de la síntesis (FIR 2008, 182).

Recuerda... Las estatinas inhiben la HMG-CoA reductasa, por lo que disminuyen la síntesis de colesterol (FIR 2015, 132). También inducen la expresión de los receptores LDL.

3. Formación de isoprenos activados: El mevalonato sufre tres fosforilaciones consecutivas por ATP y una descarboxilación para transformarse en el primer isopreno activado, denominado isopentenil pirofosfato (molécula de 5C). El isopentenil pirofosfato se isomeriza a dimetilalil pirofosfato (molécula de 5C), segundo isopreno activado. 4. Formación del escualeno: El isopentenil pirofosfato y el dimetilalil pirofosfato se condensan para formar el geranil pirofosfato (molécula de 10 C). Se produce la condensación de otra molécula de isopentenil pirofosfato, dando lugar a farnesil pirofosfato (molécula de 15 C). A continuación, la escualeno sintasa condensa dos moléculas de farnesil pirofosfato, con liberación de pirofosfato, para formar escualeno (molécula de 30 C). Por tanto, se necesitan 6 isoprenos activados para formar una molécula de escualeno (equivalente a 18 ATP → proceso que consume mucha energía). 5. Formación del colesterol: El escualeno es una molécula lineal, que se cicla formando lanosterol (núcleo esteroideo). Finalmente, una serie de múltiples pasos convierte el lanosterol a colesterol (molécula de 27 C). (Ver figura 20 en la página siguiente)

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afiracademia.com Regulación de la síntesis de colesterol Al ser la síntesis de novo de colesterol un proceso energéticamente muy costoso, la homeostasis de colesterol está muy regulada, a través de varios niveles: - La HMG-CoA reductasa es la principal enzima que regula la biosíntesis de colesterol (FIR 2005, 139; FIR 2001, 169): Se realiza mediante los siguientes mecanismos: • Regulación de la actividad enzimática en función de la cantidad de producto: Un aumento del colesterol en la sangre inhibe la HMG-CoA reductasa (FIR 2012, 127). • Regulación de la expresión génica del gen de la enzima en función de los niveles de colesterol intracelular (regulación a largo plazo). • Control hormonal por modificación covalente (regulación a corto plazo): La forma fosforilada de la enzima (situación que se promueve con niveles elevados de glucagón y glucocorticoides) es inactiva, mientras que la defosforilada (promovida con niveles elevados de insulina y tiroxina) es activa. • Degradación proteolítica: Cuando aumentan los niveles de colesterol intracelular, se produce un cambio en el estado de la enzima, haciéndola más susceptible a la proteólisis. - El aumento de colesterol de la dieta, inhibe su síntesis. - Ante una alta concentración intracelular de colesterol, se produce una disminución de la expresión de los receptores de LDL, limitando la entrada del colesterol sanguíneo a las células.

9.3.2. Eliminación del colesterol Debido a que el núcleo esteroide no puede degradarse en el organismo, el hígado elimina el colesterol principalmente por transformación a ácidos o sales biliares (FIR 2011, 185; FIR 2004, 157) o, en menor medida, en forma de colesterol libre.

Formación de ácidos biliares primarios (hígado) En la primera reacción, que es la limitante de velocidad, se produce la introducción de un grupo hidroxilo en el carbono 7 del núcleo esteroideo por acción de la colesterol-7α-hidroxilasa, formando el 7α-hidroxicolesterol. Esta enzima es la principal reguladora de la vía (FIR 2005, 140; FIR 2002, 153) y está inhibida al aumentar la concentración de ácidos biliares. A continuación, se producen una serie de reacciones dando lugar a los ácidos cólico y quenodesoxicólico (moléculas de 24C). Estos ácidos se conjugan con aminoácidos (glicina y taurina) y, al presentarse fundamentalmente en forma ionizada, se les denomina sales biliares conjugadas (aunque se suele emplear indistintamente el término ácidos/sales biliares). Finalmente, se transportan a la vesícula biliar para almacenarse (bilis) o al intestino delgado (duodeno) para excretarse. Formación de ácidos biliares secundarios (intestino) Mediante la eliminación de la glicina y taurina (desconjugación) y el grupo hidroxilo del carbono 7 (deshidroxilación), por acción de las bacterias intestinales → ácidos desoxicólico y litocólico. Figura 20. Síntesis del colesterol.

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(Ver figura 21 en la página siguiente)

Bioquímica

Ideas clave Los estrógenos se sintetizan a partir de los andrógenos por la aromatasa (enzima que transforma el anillo A del núcleo esteroide en aromático): - Testosterona es el precursor del estradiol (FIR 2010, 170). - Androstenodiona es el precursor de la estrona.

Síntesis de vitamina D La vitamina D se encarga de la regulación de los niveles plasmáticos de calcio y fósforo y puede: - Obtenerse de la dieta: Ergocalciferol (vitamina D2) de las plantas y colecalciferol (vitamina D3) de los animales. Ninguna de las dos es biológicamente activa, tienen que hidroxilarse dos veces en el organismo para activarse.

Figura 21. Eliminación del colesterol.

Las sales biliares segregadas en el duodeno pueden reabsorberse a nivel del íleon regresando de nuevo al hígado (circulación enterohepática), pero una parte se excretan por heces.

- Sintetizarse a partir de un precursor del colesterol, el 7-dehidrocolesterol. Este proceso requiere reacciones en la piel, hígado y riñones: • En primer lugar el 7-dehidrocolesterol se transforma en colecalciferol en la dermis por acción de la luz solar. El colecalciferol se transporta al hígado para activarse. • En el hígado se produce la primera hidroxilación en el carbono 25 mediante una 25-hidroxilasa, obteniéndose el 25-hidroxicolecalciferol (calcidiol), que se transporta a los riñones. • En los riñones se produce la segunda hidroxilación en el carbono 1 mediante una 25-hidroxicolecalciferol 1-hidroxilasa, dando lugar a 1,25-dihidroxicolecalciferol (calcitriol) (ver Tema 5).

Estas sales biliares son necesarias para la digestión y absorción de las grasas de la dieta (FIR 2001, 174), ya que permiten solubilizar los lípidos actuando como agentes emulsionantes (formación de micelas).

9.3.3. Otros destinos del colesterol Formación de ésteres de colesterol (Ver a continuación en Metabolismo de lipoproteínas)

Síntesis de hormonas esteroideas Como ya adelantamos en el Tema 2 – Estructura de lípidos, todas las hormonas esteroideas derivan del colesterol y tienen unas rutas de síntesis comunes. Se sintetizan mineralocorticoides y glucocorticoides en la corteza de las glándulas suprarrenales y las hormonas sexuales (progestágenos, estrógenos y andrógenos) en las gónadas masculinas y femeninas, y en la placenta. La síntesis de hormonas esteroideas requiere la eliminación de algunos carbonos de la cadena lateral de C17 del anillo D del colesterol. Esta reacción inicial y limitante de velocidad se lleva a cabo en las mitocondrias, por una desmolasa del sistema del citocromo P450, con NADPH y O2, produciendo pregnenolona, precursor del resto de hormonas. El paso siguiente es la conversión de la pregnenolona en progesterona, catalizada por la 3β-hidroxiesteroide deshidrogenasa, enzima que no pertenece a la familia de los citocromos P450. Prácticamente todas las reacciones que se producen desde este punto están catalizadas por miembros de la familia del citocromo P450.

Figura 23. Síntesis de vitamina D.

(Ver figura 22 en la página siguiente)

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Figura 22. Síntesis de hormonas esteroideas.

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Bioquímica 9.4. Metabolismo de lipoproteínas Las lipoproteínas son unas partículas esféricas que se encuentran en el plasma y sirven para transportar los lípidos en el torrente sanguíneo. Están formadas por lípidos (triacilgliceroles=TAG o TG, colesterol=C/ésteres de colesterol=EC y fosfolípidos) y proteínas asociadas (denominadas apolipoproteínas).

9.4.1. Tipos de lipoproteínas La diferente composición de lípidos y proteínas conllevarán distintas densidades y tamaños, dando lugar a los distintos tipos de lipoproteínas: quilomicrones, VLDL, IDL, LDL y HDL.

Los triacilgliceroles y ésteres de colesterol al ser hidrofóbicos componen el núcleo interno de las partículas, mientras que los fosfolípidos, colesterol libre y las apolipoproteínas forman la capa externa.

Figura 25. Tipos de lipoproteínas según composición, tamaño y densidad.

Pueden separarse en función:

Figura 24. Estructura de lipoproteínas.

- De su densidad por ultracentrifugación: En la parte superior permanecen los QM, las menos densas, y en la parte inferior las HDL, las más densas. - De su movilidad electroforética: Los quilomicrones permanecen en el origen (cátodo, electrodo negativo). Las α-lipoproteínas (=HDL) son las que más migran hacia el ánodo (electrodo positivo), seguidas de las preβ-lipoproteínas (=VLDL) y las β-lipoproteínas (=LDL). Las IDL se sitúan entre las VLDL y LDL y se denominan β-VLDL.

Las apolipoproteínas presentan un papel estructural (interacción con receptores celulares) y metabólico (activadores/inhibidores de enzimas del metabolismo de lipoproteínas). Existen varias clases: - Apolipoproteinas A (apo A): Presentes en las HDL. La apo A-I activa la LCAT. - Apolipoproteínas B (apo B): Existen dos tipos principales → apo B-48 (exclusiva de los quilomicrones) y apo B-100 (presente en las VLDL, IDL, LDL). Ambas proteínas están codificadas por el mismo gen, pero en la síntesis de la apo B-48 se produce un codón de parada que hace que sólo se traduzca el 48% del ARNm (modificación postranscripcional del ARNm (ver Manual de Biología Molecular)). - Apolipoproteínas C (apo C): Actúan como activadores e inhibidores enzimáticos. La apo C-II se encarga de activar la LPL y la apo C-III la inhibe. - Apolipoproteína E (apo E): Presente en todas las lipoproteínas. Permite la unión a receptores de LDL, también llamados receptores apo B/E, normalmente hepáticos. Existen distintas isoformas: E-2 (tiene baja afinidad por los receptores), E-3 (la más frecuente) y E-4 (aumenta la sensibilidad a enfermedad de Alzheimer).

Figura 26. Movilidad electroforética de lipoproteínas.

Destacar que el orden de aparición de las VLDL y las LDL se invierte al comparar entre ultracentrifugación y electroforesis.

(Ver tabla 5 en la página siguiente)

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LIPOPROTEÍNA

SÍNTESIS

LÍPIDOS

APOLIPOPROTEÍNAS

FUNCIÓN

Quilomicrones

Intestino

TG exógenos>EC, C

B-48 (C-II, E)

Transporte de TG exógenos del intestino a los tejidos.

VLDL

Hígado

TG endógenos>EC, C

B-100 (C-II, E)

Transporte de TG endógenos del hígado a los tejidos.

IDL

Plasma

TG, EC, C

B-100 (E)

Remanentes de VLDL tras la hidrólisis de TG. Precursores de LDL.

LDL

Plasma

EC, C>TG

B-100

Transporte de colesterol del hígado a los tejidos.

A-I, C-II, E

Transporte del exceso de colesterol de los tejidos al hígado. Cesión de apolipoproteínas y EC a otras lipoproteínas.

HDL

Intestino e hígado

Muy pobre

Tabla 5. Características principales de los distintos tipos de lipoproteínas.

El metabolismo de las diferentes lipoproteínas se puede seguir en la figura 27 (ver en la página siguiente):

las HDL para obtener apo C-II), pero la lipoproteína resultante se denomina IDL.

1. Quilomicrones (QM)

Además se transfieren algunos TG desde las VLDL a las HDL intercambiándose por ésteres de colesterol desde las HDL a las VLDL. Este intercambio lo realiza la proteína de transferencia de ésteres de colesterol (PTEC=CETP).

Son las lipoproteínas de mayor tamaño y menor densidad, ya que contienen una elevada proporción de TG (de origen exógeno). Se sintetizan en las células epiteliales del intestino delgado, encargándose de transportar los lípidos de la dieta a los tejidos periféricos. Inicialmente se denominan QM inmaduros y su principal apolipoproteína es apo B-48. Se secretan a linfa y, finalmente, al torrente sanguíneo. Una vez en sangre, las HDL le transfieren apo C-II y apo E, dando lugar a los QM maduros. Cuando alcanzan los capilares de los tejidos periféricos, la apo C-II activa la lipoproteinlipasa (LPL), enzima presente en la superficie del endotelio vascular (FIR 2005, 136) que hidroliza los triacilglicéridos de los QM (FIR 2004, 158) en: - Ácidos grasos: Captados por los tejidos → músculo para producción de energía o tejido adiposo para almacenamiento de energía. - Glicerol: Se transporta a hígado para la síntesis de lípidos o gluconeogénesis. De esta forma, a medida que la LPL va degradando los triacilglicéridos, los QM van disminuyendo de tamaño y aumentando su densidad. Los QM resultantes (remanentes de QM) interaccionan con las HDL de nuevo: les devuelven apo C-II junto con colesterol y las HDL lo intercambian por ésteres de colesterol. Pero como siguen presentando apo E en su superficie, son reconocidos por receptores de membrana de hepatocitos, permitiendo su captación por el hígado.

2. Lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) Se sintetizan en el hígado, encargándose de transportar los lípidos sintetizados en el organismo (origen endógeno) a los tejidos periféricos. Su principal apolipoproteína es apo B-100. Contienen una elevada proporción de TG y se degradan de forma similar a los QM, mediante la LPL (previa interacción con

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3. Lipoproteínas de densidad intermedia (IDL) o remanentes de VLDL (=β-VLDL) Son las lipoproteínas resultantes que se sintetizan en plasma tras la degradación de los TG de las VLDL y tras su interacción con las HDL, que les intercambian triacilglicéridos por ésteres de colesterol. Pueden ser captadas por el hígado a través de receptores de la apo E o transformarse en LDL al enriquecerse en ésteres de colesterol.

4. Lipoproteínas de baja densidad (LDL) Son lipoproteínas pequeñas y densas que se sintetizan en plasma a partir de las IDL. Ya no contienen casi TG, pero son muy ricas en colesterol y ésteres de colesterol. Es el principal transportador de colesterol desde el hígado a los tejidos periféricos (FIR 2006, 130), pero también puede transportarlo nuevamente al hígado. En ambos casos se unen a receptores de membrana de LDL presentes en los tejidos extrahepáticos e hígado, que reconocen la apo B-100, y el complejo LDL-receptor se internaliza por endocitosis (endocitosis mediada por receptor). Las vesículas que se forman se fusionan con los lisosomas, se hidroliza el contenido y los receptores vuelven a la membrana plasmática. La síntesis del receptor de LDL está sometida a regulación: si aumenta la concentración de colesterol intracelular, dejan de sintetizarse nuevos receptores, bloqueando la incorporación de más colesterol a la célula. Si el colesterol libre intracelular no se necesita en ese momento, se esterifica para su almacenamiento mediante la acilCoA:colesterol aciltransferasa (ACAT) → enzima intracelular que transfiere el ácido graso desde la coenzima A al colesterol.

Bioquímica

Figura 27. Metabolismo de las lipoproteínas.

5. Lipoproteínas de alta densidad (HDL) Son lipoproteínas que se sintetizan en intestino (para ayudar al metabolismo de QM) e hígado (para ayudar al metabolismo de VLDL). Captan el colesterol de los tejidos extrahepáticos mediante la proteína transportadora ABCA1, que permite la transferencia del colesterol desde las células de los tejidos a las partículas HDL. A continuación, las HDL devuelven el colesterol al hígado (transporte inverso/reverso del colesterol), principalmente para su eliminación por conversión en ácidos biliares → papel antiaterogénico (FIR 2004, 91). Las HDL captan de la circulación la lecitina:colesterol aciltransferasa (LCAT) → enzima plasmática segregada por el hígado que esterifica el colesterol de las HDL al transferirle un ácido graso de la lecitina (=fosfatidilcolina) (FIR 2006, 136). Los ésteres de colesterol resultantes se ceden a las lipoproteínas ricas en TG (QM y VLDL), mediante la CEPT. Son las lipoproteínas plasmáticas más pequeñas, más densas y más ricas en proteínas (FIR 2001, 163). Su principal apolipoproteína es apo A-I, que activa la LCAT. También actúan como reserva de apo C-II y apo E, que se ceden a los QM y VLDL durante el metabolismo.

Recuerda... El colesterol se esterifica con un ácido graso en el grupo hidroxilo del carbono 3. Hay dos enzimas que esterifican el colesterol: - Acil-CoA:colesterol aciltransferasa (ACAT): enzima intracelular (FIR 2002, 151) que transfiere el ácido graso de un acil-CoA. - Lecitina:colesterol aciltransferasa (LCAT): enzima plasmática que transfiere uno de los ácidos grasos de la lecitina (=fosfatidilcolina). Es activada por la apo A-I.

La determinación de las concentraciones de lipoproteínas se realiza por diferentes métodos: - HDL: Mediante método enzimático colorimétrico. - VLDL: Se calcula a partir del valor de los triglicéridos mediante el cociente TG/5 (si el resultado se expresa en mg/dL) o TG/2,21 (si se expresa en mmol/L). - LDL: Suele determinarse matemáticamente a través de la fórmula de Friedewald, método indirecto que nos permite calcular la fracción de colesterol LDL conociendo los valores del colesterol total, colesterol HDL y TG. CTotal = LDL + HDL + TG/5 → LDL = CTotal − (HDL + TG/5)

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Sin embargo, esta fórmula tiene algunas limitaciones. Por ejemplo, cuando los TG superan los 400 mg/dL, la concentración de LDL se ve infraestimada (FIR 2012, 150). Teniendo en cuenta que la concentración de apo B suele ser el reflejo de la de partículas LDL y la concentración de apo A-I, de las partículas HDL, el cociente apo B/apo A-I se utiliza habitualmente en la evaluación del riesgo cardiovascular por tener un mayor valor pronóstico que la medida aislada de las lipoproteínas. A mayor cociente apo B/apo A-I, mayor riesgo cardiovascular. Existen además otros tipos de lipoproteínas: - Lipoproteína (a) =Lp(a): Lipoproteína que se sintetiza en el hígado y que tiene una estructura similar a las LDL (ambas contienen una molécula de apo B-100). En el caso de la Lp(a), la apo B-100 está unida por un puente disulfuro a otra proteína llamada apo(a) (que presenta estructura similar al plasminógeno, pero sin su actividad enzimática). Es un importante factor genético de riesgo cardiovascular cuando su concentración sanguínea supera los 30 mg/dL (FIR 2004, 182), debido a sus efectos proaterogénico y protrombótico. - Lipoproteína (x) =Lp(x): Lipoproteína que se ha detectado en el suero de pacientes con colestasis o disfunción hepática.

FENOTIPO

I (FIR 2014, 58)

IIa Autosómica dominante

IIb

III (FIR 2005, 170)

9.4.2. Dislipidemias Son trastornos en el metabolismo de las lipoproteínas, produciendo alteraciones en sus niveles (hiperlipoproteinemias o hipolipoproteinemias). Se clasifican en: - Dislipidemias primarias: De causa genética. - Dislipidemias secundarias: Consecuencia de otros procesos como diabetes, colestasis, dieta inadecuada, alcoholismo, tabaquismo, sedentarismo o uso de ciertos fármacos (p. ej., corticoides).

Hiperlipoproteinemias La clasificación de Fredrickson clasifica las hiperlipoproteinemias en fenotipos según los patrones de aumento de lipoproteínas (ver tabla 6). Las patologías de la tabla 6 son hiper-beta-lipoproteinemias, ya que se encuentran aumentadas las lipoproteínas de la fracción β de la electroforesis. Pueden cursar con la aparición de xantomas (depósitos cutáneos de lípidos), pancreatitis y se encuentran asociadas a un incremento del riesgo de desarrollar una enfermedad cardiovascular y aterosclerosis. Sin embargo, la hiper-alfalipoproteinemia (aumento de los niveles de HDL), no presenta este riesgo por tener un papel antiaterogénico (FIR 2000, 188).

DENOMINACIÓN

CAUSA

LIPOPROTEINA AUMENT.

LÍPIDO AUMENTADO

Hiperquilomicronemia

Déficit LPL (FIR 2009, 69; FIR 2004, 192) Déficit apo C-II (FIR 2015, 67; FIR 2011, 175; FIR 2006, 161; FIR 2002, 186)

QM (FIR 2003, 193)

Hipercolesterolemia familiar

Mutaciones en el gen del receptor LDL* (FIR 2013, 152; FIR 2007, 86; FIR 2003, 189)

LDL (FIR 2002, 187)

Colesterol

Hiperlipidemia familiar combinada

Variadas: Déficit o alteración del receptor LDL. Exceso de producción de apo B-100.

LDL y VLDL (FIR 2005, 169; FIR 1999, 198)

Colesterol y TG

Disbetalipoproteinemia familiar/Enfermedad de Remanentes de QM y IDL Predominio de isoforma banda β-ancha (=remanentes de VLDL, apo E-2 → defecto en la (FIR 2007, 171) β-VLDL) captación de los remanentes (ver en figura 26 (FIR 2001, 199) por el hígado. en la página 101)

IV (FIR 2009, 75)

Hipertrigliceridemia familiar

Aumento de producción de VLDL.

VLDL

TG endógenos

V (FIR 2007, 88)

Hipertrigliceridemia mixta familiar

Aumento de producción de VLDL y disminución de LPL.

VLDL y QM (FIR 2004, 193)

TG endógenos y exógenos

*El tratamiento con estatinas es efectivo porque incrementa la actividad del receptor LDL (FIR 2010, 153). Tabla 6. Clasificación de Fredrickson de las hiperlipoproteinemias.

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TG y colesterol

Metabolismo de lípidos

Bioquímica Hipolipoproteinemias Son trastornos menos frecuentes que los anteriores. Se caracterizan por niveles bajos (hipolipoproteinemias) o ausentes (alipoproteinemias) de lipoproteínas plasmáticas. A su vez, según el tipo de lipoproteína que esté afectado se diferencian las alfa o beta a-/hipo-lipoproteinemias. A-beta-lipoproteinemia Ausencia de las lipoproteínas que contienen apo B → QM, VLDL, IDL y LDL. Se debe a una mutación en el gen que codifica la Proteína de Transferencia Microsomal (MTP), proteína encargada de ensamblar las apo B con los lípidos. Como consecuencia, no se forman QM ni VLDL y los TAG se acumulan en intestino e hígado, respectivamente. Provoca malabsorción de grasas y vitaminas liposolubles (esteatorrea), hígado graso y alteraciones hematológicas (acantocitosis). Hipo-beta-lipoproteinemia Se debe a la producción de apo B deficiente o defectuosa. La forma heterocigota de la enfermedad cursa con niveles bajos de LDL mientras que la forma homocigota se asemeja a la abeta-lipoproteinemia. A-alfa-lipoproteinemia o enfermedad de Tangier (FIR 2000, 106) Ausencia prácticamente total de HDL plasmática por mutaciones en genes que codifican la apo A-I y la proteína transportadora ABCA1 → no se puede realizar el transporte reverso del colesterol de los tejidos periféricos al hígado y se produce acumulación tisular de ésteres de colesterol (FIR 2006, 143). Estos pacientes presentan un mayor riesgo de padecer aterosclerosis.

9.5. Metabolismo de cuerpos cetónicos

virtiendo el acetoacetil-CoA en dos moléculas de acetil-CoA, pero cuando se elevan los niveles de acetil-CoA, la reacción se invierte (reacción reversible). 2. La HMG-CoA sintasa (isoenzima mitocondrial) (FIR 2007, 138) incorpora otra molécula de acetil-CoA formando el 3-hidroxi-3-metilglutaril-CoA (HMG-CoA) → paso limitante de la cetogénesis.

Recuerda... ¡Ojo! Estos dos primeros pasos son comunes entre la síntesis de colesterol y de cuerpos cetónicos. En ambos actúa la HMG-CoA sintasa; sin embargo, en la síntesis de colesterol interviene la isoenzima citoplasmática mientras que en la cetogénesis, la isoenzima mitocondrial.

3. La HMG-CoA liasa escinde el HMG-CoA en acetil-CoA y acetoacetato (primer cuerpo cetónico que se sintetiza). 4. Los otros cuerpos cetónicos se forman a partir de acetoacetato. Éste puede: • Liberarse a sangre y descarboxilarse espontáneamente formando acetona, que al ser volátil se elimina con la respiración (en el aliento de una persona que tenga una alta concentración de acetoacetato en sangre, puede detectarse olor afrutado a acetona). • Reducirse por la β-hidroxibutirato deshidrogenasa (con gasto de NADH) formando β-hidroxibutirato, que también se libera al torrente sanguíneo. Esta reacción es reversible y el equilibrio entre acetoacetato y β-hidroxibutirato viene dado por la relación NADH/NAD+ que haya en la mitocondria hepática. Por lo general, en individuos sanos, el acetoacetato y β-hidroxibutirato son los cuerpos cetónicos más abundantes en sangre y se encuentran en proporción equimolecular (FIR 2004, 183).

Los cuerpos cetónicos son compuestos químicos producidos por las mitocondrias hepáticas (FIR 2005, 137). Su función es servir como sustrato energético al músculo esquelético, cardíaco y cerebro en ciertas situaciones excepcionales. El hígado es el único tejido capaz de sintetizar cuerpos cetónicos, pero no es capaz de utilizarlos como combustible (FIR 2011, 182) por carecer de una de las enzimas de la ruta, lo que explica su exportación a otros tejidos.

9.5.1. Síntesis de los cuerpos cetónicos (Cetogénesis) Durante el ayuno y la Diabetes, el organismo no dispone de glucosa o no puede utilizarla para producir energía por lo que se utilizan las reservas de grasa como principal combustible. Se produce un incremento de la lipólisis → aumento de la β-oxidación de ácidos grasos dando lugar a acetil-CoA. También se genera acetil-CoA mediante el catabolismo de los aminoácidos cetogénicos. Este exceso de acetil-CoA en el hígado se aprovecha para la síntesis de cuerpos cetónicos (FIR 2012, 129): acetoacetato, β-hidroxibutirato (=3-hidroxibutirato) y acetona. La cetogénesis consta de los siguientes pasos: 1. Se condensan dos moléculas de acetil-CoA para formar acetoacetil-CoA en una reacción catalizada por la tiolasa. Esta enzima participa en la β-oxidación de ácidos grasos con-

Figura 28. Síntesis de cuerpos cetónicos.

Metabolismo de lípidos

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9.5.2. Oxidación de los cuerpos cetónicos (Cetólisis) El acetoacetato y β-hidroxibutirato liberados a sangre alcanzan los tejidos extrahepáticos. 1. El β-hidroxibutirato se oxida a acetoacetato por la β-hidroxibutirato deshidrogenasa (reacción inversa a la anterior), produciendo en este caso NADH. 2. El acetoacetato se conjuga con una molécula de CoA procedente de la succinil-CoA (que proviene a su vez del ciclo de Krebs), por acción de la succinil-CoA:acetoacetato-CoA transferasa (=3-cetoacil-CoA transferasa, =tioforasa), dando lugar a acetoacetil-CoA. Esta enzima no está presente en el hígado y por este motivo el hígado no puede utilizar los cuerpos cetónicos. 3. Finalmente, el acetoacetil-CoA se escinde en dos moléculas de acetil-CoA, que entran al ciclo de Krebs.

Figura 29. Oxidación de cuerpos cetónicos.

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