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BIOQUÍMICA DE INGENIERÍA QUÍMICA UNIVERSIDAD NACIONAL DE CÓRDOBA
Tipo: Esquemas y mapas conceptuales
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Facultad de Ciencias Exactas. La secta
Los ácidos grasos de los triacilgliceroles proporcionan una fracción importante de la energía oxidativa. Los triacilgliceroles ingeridos con la dieta se emulsionan en el intestino delgado con las sales biliares, son hidrolizados por las lipasas intestinales, absorbidos por las células epiteliales del intestino, reconvertidos en triacilgliceroles y a continuación incorporados en los quilomicrones al combinarse con apolipoproteínas específicas. Las células pueden obtener ácidos grasos combustibles a partir de tres fuentes:
Facultad de Ciencias Exactas. La secta Glicerol
Transferencia a la mitocondria Las reacciones que vimos hasta acá se dan en el citosol de la célula, pero las enzimas necesarias para la beta oxidación, están en la matriz mitocondrial. Entonces los acil-CoA formados en el citosol pueden: utilizarse en el citosol para sintetizar Iípidos de membrana, o transportarse al interior de la mitocondria y ser oxidados para producir ATP. El acil-coA no puede atravesar la membrana mitocondrial interna, la única forma de hacerlo es a través de una translocasa unida a dos enzimas, una del lado del citosol y la otra del lado de la matriz mitocondrial.
La oxidación de los ácidos grasos se produce en tres fases:
Facultad de Ciencias Exactas. La secta Enzima: propionil-CoA carboxilasa, su cofactor es la biotina. El CO2 se activa por unión a la biotina antes de ser transferido al sustrato. La formación del intermedio carboxibiotina requiere energía, que es proporcionada por la hidrólisis de ATP a ADP y fosfato inorgánico.
Facultad de Ciencias Exactas. La secta
Las lipasas transforman a los triglicéridos en: ácidos grasos y glicerol. El glicerol entra en el metabolismo de los glúcidos, a través de la dihidroxiacetona fosfato. Los ácidos grasos entran en la beta-oxidación, generando acetil-CoA. El acetil-CoA puede generar oxaloacetato por el ciclo de glioxilato. Esta vía está presente en plantas y microorganismos, que pueden crecer con acetato como única fuente de carbono.
Facultad de Ciencias Exactas. La secta De este modo los cuerpos cetónicos se utilizan como combustible en todos los tejidos excepto el hígado, que carece de tioforasa. El hígado es, por tanto, productor de cuerpos cetónicos para los demás tejidos, pero no es consumidor de los mismos. En situaciones con un incremento de la gluconeogénesis (diabetes, dieta muy estricta, ayuno), el ciclo del ácido cítrico se realentiza (por drenaje del oxalacetato) y aumenta el ritmo de conversión del acetil-CoA en acetoacetato. El coenzima A liberado permite la beta-oxidación continua de ácidos grasos. Que pasa cuando no hay glucosa? Una vez que se acabaron las reservas de glucógeno, la siguiente fuente de energía son los lípidos. Además hay algunos órganos, como el hígado, que exportan glucosa. La glucosa no se genera de los ácidos grasos, sino de oxaloacetato. Pero si el oxaloacetato se usa para generar glucosa, no habrá suficiente para condensarse con el acetil-CoA y formar citrato que da inicio al ciclo de Krebs. No tengo ciclo de krebs. Tengo acumalcion de acetil-CoA, se condensa y forma cuerpos cetónicos. Estos metabolitos secundarios de la combustión de los ácidos grasos, cuando no hay carbohidratos, pueden ser utilizados por los órganos, aunque no rinden igual. La acumulación de estos cuerpos cetónicos puede provocar: aliento a acetona, descenso del pH, cetoacidosis diabética.
Los lípidos constituyen la forma principal de energía almacenada en la mayoría de organismos y son constituyentes principales de las membranas celulares. La capacidad para la síntesis de los diversos lípidos es esencial para todos los organismos. Esta secuencia de reacciones son endergónicas y reductoras. Utilizan ATP como fuente de energía y un transportador electrónico reducido como reductor (normalmente NADPH). Además, en la biosíntesis de los ácidos grasos participa malonil-CoA (3 C), un intermediario que no interviene en la degradación. La síntesis de ácidos grasos lleva a un solo producto y no se liberan intermediarios. Cuando la cadena alcanza la longitud de 16 carbonos, el producto abandona el ciclo. Síntesis de malonil-CoA La formación del malonil-CoA a partir del acetil-CoA, es irreversible. Enzima: acetil-CoA carboxilasa, tiene tres subunidades polipeptídicas diferentes y contiene biotina como grupo prostético. Un grupo carboxilo obtenido del bicarbonato, en un primer paso, se transfiere a la biotina, en una reacción dependiente de ATP. El grupo biotinilo actúa como transportador temporal de CO 2 transfiriéndolo al acetil-CoA, en el segundo paso, para dar malonil-CoA. Síntesis de ácidos grasos
Facultad de Ciencias Exactas. La secta En el primer ciclo se condensan un acetil-ACP y un malonil-ACP (derivado del anterior), por lo que se juntan 4 carbonos de golpe. En los ciclos siguientes ya solo se añadirá un malonil-ACP, por lo que se irán añadiendo carbonos de dos en dos. Producto: ácido palmítico, un ácido graso saturado de 16 carbonos, que es inmediatamente esterificado con el coenzima A, para formar palmitoil-CoA. A partir de él, una vez transportado al retículo endoplasmático, pueden sintetizarse otros ácidos grasos. Reacción global:
Dado que el ácido palmítico tiene 16 carbonos, se requieren 7 ciclos (de 4 carbonos el primero y 2 los siguientes) para formarlo. Por ello se necesitan: 8 acetil-CoA: uno por cada ciclo (para transformarse en 7 malonil-CoA) más uno extra en el primero, que se condensa tal cual. 7 ATP: necesario uno en cada ciclo para transformar el Acetil-CoA en Malonil-CoA. 14 NADPH: dos por ciclo. Generalidades La síntesis de ácidos grasos se produce en el citosol (animales y levaduras) y en el cloroplasto (plantas). Enzima: complejo ácido graso sintasa. En las células fotosintéticas (plantas), la síntesis de ácidos grasos tiene lugar en el estroma de los cloroplastos, ya que el NADPH es producido en los cloroplastos por las reacciones luminosas de la fotosíntesis: En los eucariotas no fotosintéticos existe un coste energético adicional en la síntesis de ácidos grasos debido a que el acetil-CoA se genera en la mitocondria, y se ha de transportar al citosol. Esta etapa adicional consume dos ATP por molécula de acetil-CoA transportado. La síntesis de ácidos grasos tiene lugar en el compartimiento en el que se puede obtener NADPH, en donde [NADPH]/[NADP+] es alta. Normalmente el NADPH es el transportador de electrones para las reacciones anabólicas, mientras que el NAD+ actúa en las reacciones catabólicas. En el citosol la baja relación [NADH]/[NAD+], por lo que el catabolismo de la glucosa dependiente de NAD+ puede transcurrir en el mismo compartimiento y al mismo tiempo que la síntesis de ácidos grasos. En la mitocondria la alta relación [NADH]/[NAD+] favorece la reducción del oxígeno vía cadena respiratoria. Transferencia al citosol El acetil-CoA que se produce en la mitocondria, no puede pasar directamente al citosol. Entonces reacciona con el oxalacetato para dar citrato, en el ciclo de Krebs. Enzima: citrato sintasa. El citrato pasa al citosol mediante un transportador, y se rompe regenerando acetil- CoA y oxalacetato. Enzima: citrato liasa, dependiente de ATP. El Acetil-CoA en el citosol, puede ir a la síntesis de los ácidos grasos. El oxalacetato se reduce a malato, para volver a la mitocondria a través de un transportador. Enzima: malato deshidrogenasa citosólica. Se genera NADPH (necesario para la síntesis de ácidos grasos). En la mitocondria el malato se transforma en oxalacetato. A su vez, el malato forma piruvato en el citosol, el cual se transporta a la mitocondria y se transforma en oxalacetato.
Facultad de Ciencias Exactas. La secta
Facultad de Ciencias Exactas. La secta ・ Los aminoácidos de cadena ramificada (isoleucina, leucina y valina), a diferencia del resto de aminoácidos, se degradan únicamente en los tejidos extrahepáticos. Algunos aminoácidos se pueden convertir en cuerpos cetónicos, algunos en glucosa y otros en ambos. ・ Aminoácidos cetogénicos: los que se degradan a acetoacetil-CoA o acetil-CoA. El acetoacetil- CoA se convierte en acetoacetato, y a continuación en acetona e hidroxi butirato. ・ Aminoácidos glucogénicos: los que se degradan a piruvato, alfa-cetoglutarato, succinil-CoA, fumarato o oxalacetato. Se pueden convertir en glucosa y glucógeno. ・ Aminoácidos cetogénicos y glucogénicos: triptófano, fenilalanina, tirosina, treonina e isoleucina. Generalidades En algunos casos, las rutas de reacción de la degradación de los aminoácidos, siguen un paralelismo con el catabolismo de los ácidos grasos. Las reacciones de estas rutas requieren diversos cofactores, entre los que se incluyen el tetrahidrofolato y S-adenosilmetionina en reacciones de transferencia de un carbono, y la tetrahidrobiopterina en la oxidación de la fenilalanina. El organismo sólo desecha el carbono tras extraer la mayor parte de su energía de oxidación. Los aminoácidos obtenidos a partir de las proteínas de la dieta son la fuente de la mayor parte de grupos amino. La mayoría de aminoácidos se metabolizan en el hígado.
El ciclo de la urea empieza en el interior de las mitocondrias del hígado, representa el destino de la mayor parte del amoniaco. La urea pasa al torrente sanguíneo, de ahí a los riñones, y se excreta en la orina. Los enzimas que catalizan estas reacciones se distribuyen entre la matriz mitocondrial y el citosol. Origen del amonio: ・ Un grupo amino entra en forma de carbamil fosfato formado en la matriz mitocondrial. ・ El otro entra como aspartato, formado en la matriz por transaminación del oxalacetato y el glutamato. Enzima: aspartato aminotransferasa. ・ Parte del amoníaco también llega al hígado vía vena porta desde el intestino, en donde se produce por oxidación bacteriana de aminoácidos.