Metabolismo de Lípidos: Oxidación, Síntesis y Funciones

BQ22. Lípidos: Catabolismo, Síntesis y Almacenamiento

1. Activación y Translocación de Ácidos Grasos Previa a la Beta-oxidación

Un ácido graso es una molécula anfipática con un alto contenido de energía. Cuando el organismo necesita energía, se activa el proceso de degradación de estos lípidos. Tiene lugar en la mitocondria. Si el ácido graso tiene más de 10 carbonos, tendrá que ser transportado al interior de la mitocondria. Este proceso es lo que se conoce como activación y translocación.

• Activación: Proceso en el que el ácido graso se une a la Coenzima A (CoA), formando Acil-CoA.
• Translocación: Transporte del Acil-CoA al interior de la mitocondria mediado por la carnitina.

2. Beta-oxidación: Proceso, Localización y Balance Energético

La beta-oxidación es el proceso catabólico principal de los ácidos grasos. Su objetivo es la producción de energía inmediata cuando no hay depósitos de glucógeno disponibles. Se van eliminando carbonos de 2 en 2, obteniendo Acetil-CoA (AcCoA).

Localización: Matriz mitocondrial.

Proceso:

1. El ácido graso se une a la CoA, formando Acil-CoA. Reacción: ATP + Ácido graso + CoA = AMP + Pirofosfato + Acil-CoA
2. El Acil-CoA, ya activado, tiene que trasladarse al interior de la mitocondria. La carnitina actúa como transportador en la membrana mitocondrial. La carnitina realiza el transporte, pero la CoA no entra. Existe suplementación de carnitina. El grupo Acilo pasa a la carnitina (formando Acilcarnitina).
3. Deshidrogenación: Una deshidrogenasa (DHasa) introduce un doble enlace entre los carbonos alfa y beta, utilizando FAD como aceptor de electrones.
4. Hidratación: Se introduce una molécula de agua, añadiendo un grupo hidroxilo (-OH) en posición L (a la izquierda) al carbono beta.
5. Deshidrogenación: Una deshidrogenasa dependiente de NAD+ oxida el grupo hidroxilo del carbono beta, formando un grupo ceto.
6. Tiólisis: Se rompe el enlace entre los carbonos alfa y beta, liberando una molécula de AcCoA y un Acil-CoA con dos carbonos menos. Este Acil-CoA vuelve a entrar en la vía (al paso 2).

La beta-oxidación es un proceso repetitivo.

Balance para un ácido graso de 8 carbonos:

AG (8C) → 4 AcCoA + 3 NADH + 3 FADH₂

Un ácido graso de 8 carbonos da 3 vueltas de beta-oxidación.

Número de vueltas: (Número de carbonos / 2) - 1

3. Cuerpos Cetónicos: Formación, Función y Regulación

Los cuerpos cetónicos son moléculas formadas a partir de dos moléculas de AcCoA que, a través de una serie de reacciones, se convierten en β-hidroxibutirato. Cuando los tejidos no los necesitan, se degradan a AcCoA para proporcionar energía.

Formación:

1. Dos moléculas de AcCoA se unen formando acetoacetil-CoA.
2. El acetoacetil-CoA se une a otra molécula de AcCoA formando β-hidroxi-β-metilglutaril-CoA (HMG-CoA).
3. Se elimina una molécula de CoA del HMG-CoA, liberando acetoacetato (el primer cuerpo cetónico).
4. El acetoacetato puede descarboxilarse, eliminando CO₂ y formando acetona (se elimina por el aliento, sudor y orina).
5. El acetoacetato puede reducirse a β-hidroxibutirato (otro cuerpo cetónico).

Localización de la síntesis: Mitocondria del hígado.

Transporte: El acetoacetato y el β-hidroxibutirato pueden pasar a la sangre. El hígado sintetiza cuerpos cetónicos a partir de AcCoA y los envía a otros tejidos. También puede enviar glucosa, pero no AcCoA. El hígado libera acetoacetato y β-hidroxibutirato a la circulación, enviándolos a tejidos periféricos. El hígado no utiliza los cuerpos cetónicos como fuente de energía, no puede revertir la reacción de cuerpos cetónicos a AcCoA.

Regulación: El equilibrio entre acetoacetato y β-hidroxibutirato depende del poder reductor existente en la mitocondria. Si hay poco NADH, se favorece la formación de acetoacetato.

Función en tejidos periféricos: Tejidos como el cerebro, corazón o riñón pueden utilizar cuerpos cetónicos como fuente de energía. El cerebro prefiere glucosa, pero en situaciones de ayuno prolongado (bajo nivel de glucosa), puede utilizar cuerpos cetónicos. En estos tejidos, los cuerpos cetónicos se convierten de nuevo en AcCoA para entrar en el ciclo de Krebs.

Relación con el ayuno: Durante el ayuno, disminuye el aporte de glucosa, la glucólisis y la disponibilidad de oxalacetato (OA). En estas condiciones, la principal fuente de energía pasa a ser los lípidos. La lipólisis se intensifica, se acumula AcCoA y se sintetizan cuerpos cetónicos como fuente de energía alternativa. La disminución de OA reduce la actividad del ciclo de Krebs. Los ácidos grasos generan AcCoA, pero el OA, al estar disminuido, no puede aceptar el AcCoA porque se está utilizando para la gluconeogénesis (vía de la formación de glucosa a partir de precursores no glucídicos). El AcCoA que se sintetiza se desvía hacia la síntesis de cuerpos cetónicos.

4. Síntesis de Ácidos Grasos: Descripción General

La síntesis de ácidos grasos comienza con AcCoA, pero este debe transformarse en malonil-CoA, una molécula de 3 carbonos, para poder participar en el proceso.

1. El AcCoA se carboxila a malonil-CoA.
2. El malonil-CoA se une a la proteína transportadora de acilos (ACP).
3. El acetil-ACP se une a la enzima ácido graso sintasa (AGS).
4. El malonil-ACP pierde CO₂ y se une al acetil-ACP, formando acetoacetil-ACP (molécula de 4 carbonos). La energía liberada en la descarboxilación del malonil-CoA se utiliza para la unión de las dos moléculas.
5. El acetoacetil-ACP se reduce a D-3-hidroxibutiril-ACP.

En la síntesis de ácidos grasos, es específico el isómero D. Una vuelta de síntesis produce butiril-ACP (el producto tiene 2 carbonos más que el origen).

El butiril-ACP vuelve a repetir la incorporación del malonil-CoA. Cada vuelta añade 2 carbonos. Este proceso repetitivo continúa hasta formar una molécula de 16 carbonos (ácido palmítico).

5. Comparación entre Beta-oxidación y Síntesis de Ácidos Grasos

La beta-oxidación y la síntesis de ácidos grasos son procesos opuestos, uno es catabólico (degradación) y el otro anabólico (formación).