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METABOLISMO
Metabolismo: Es el conjunto de reacciones bioquímicas y procesos fisicoquímicos que ocurren en las células, a través de los cuales los organismos adquieren y utilizan la energía libre para realizar las diversas funciones. Los procesos metabólicos permiten: crecer, reproducirse, mantener estructuras, responder a estímulos, etc. Incluyen los procesos anabolicos y catabolicos.
Catabolismo : Consiste en la transformación de biomoléculas complejas en moléculas más sencillas. Las moléculas nutritivas relativamente grandes, procedentes del entorno de la célula o de sus propios depósitos de reservas se degradan hasta transformarse en moléculas menores o simples. Ocurre una degradación enzimática mediante reacciones de oxidación. El proceso está acompañado de liberación de energía, la cual se conserva en forma de ATP. Por lo tanto, son reacciones exotérmicas y espontáneas con un ΔG negativo. Ej: La glucólisis, en ella se degrada la glucosa.
Anabolismo: Es la síntesis o biotransformación de moléculas orgánicas más complejas a partir de otras más sencillas o de los nutrientes. Ocurre la biosíntesis enzimática de componentes celulares relativamente grandes a partir de moléculas precursoras sencillas. Implica reducir la materia puesto que los procesos sintéticos favorecen el aumento del tamaño y la complejidad de las estructuras. Se necesita la energía proporcionada por el enlace fosfato del ATP para recomponer enlaces químicos y construir componentes de las células como las proteínas y los ácidos nucleicos.. Son reacciones endergónicas y no espontáneas, con un ΔG positivo.
Los procesos exergónicos y endergónicos suelen estar acoplados a través de la síntesis de intermediarios de alta energía. Aunque son muy diversas las biomoléculas que contienen energía almacenada en sus enlaces, el ATP es la molécula que interviene en todas los intercambios de energía que ocurren en las células; por ella se la califica como "moneda universal de energía" puesto que se puede ganar y consumir de forma repetida.
Reacciones acopladas. Todos los alimentos energéticos (hidratos de carbono, grasas y proteínas) se oxidan en las células y liberan grandes cantidades de energía durante este proceso. En el cuerpo esta energía liberada se necesita para: ● Transporte activo de las moléculas a través de las membranas celulares ● Contracción de los músculos y ejecución del trabajo mecánico ● Distintas reacciones de síntesis: hormonas, membranas celulares y otras moléculas esenciales. ● Conducción de los impulsos nerviosos ● División, crecimiento celular y otras funciones que se necesitan para mantener y propagar la vida.
Energía libre. Es la cantidad de energía liberada por la oxidación completa de un alimento, se representa mediante el símbolo ΔG y se expresa en calorías por mol de sustancia. Por ejemplo, la cantidad de energía libre generada por la oxidación completa de 1 mol (180 g) de glucosa es de 686.000 calorías.
Sistemas: S on un conjunto de elementos organizados que interactúan entre sí, permiten el intercambio mutuo de energía y materia. Pueden ser: Aislados : No hay intercambio de materia ni de energía. Cerrados: Hay intercambio solo de energía. Abiertos: Hay intercambio de materia y energía Los seres vivos son sistemas abiertos que intercambian continuamente materia y energía con el medio que les rodea. Es por ello que estamos sujetos a cumplir con las leyes físicas de la termodinámica. *Primera ley: Ley de la conservación de la energía: Si no hay aporte de energía a un sistema, la misma permanece constante, no se puede crear ni destruir energía, solo puede existir un cambio en la forma. Las plantas, por ejemplo, transforman la energía lumínica del sol en energía química. *Segunda ley: Entropía. Existe en todos los sistemas una tendencia natural al desorden. La entropía total del universo siempre aumenta cuando se realiza un proceso irreversible. Cuando la energía se convierte de una forma a otra, la cantidad de energía útil disminuye (no así la energía total). Es decir, la energía no puede destruirse pero en cada conversión se pierde algo de energía “útil” en forma de un calor “inútil”. La energía útil es aquella que sirve para producir un trabajo. Si no se añade energía, un proceso espontáneo dará lugar a un aumento del desorden o aumento de la entropía, es por esto, que para mantener a nuestro organismo ordenado es necesario el aporte de energía.
NUTRICIÓN: Permite aprovechar las sustancias nutritivas de los alimentos. Etapas: Ingestión - Digestión - Absorción - Defecación
Nutriente: Los nutrientes son cualquier elemento o compuesto químico necesario para el metabolismo de un ser vivo. Es decir, los nutrientes son algunas de las sustancias contenidas en los alimentos (procedentes del exterior de la célula) que participan activamente en las reacciones metabólicas para mantener las funciones del organismo. Las células toman estos nutrientes y los transforman en constituyentes celulares a través de procesos de biosíntesis. Los alimentos contienen distintos nutrientes en proporciones variables que se clasifican de acuerdo con su naturaleza química. Los nutrientes básicos : ● Glúcidos ● Lípidos Nutrientes que aportan energía ● Proteínas ● Vitaminas ● Minerales Nutrientes reguladores ● Agua
Se clasifican en: ● Esenciales: Nutriente que el organismo no puede sintetizarlos por sí mismo pero que es necesario para su funcionamiento normal. Su aporte debe realizarse por completo a través de la alimentación. Para los seres humanos, se incluyen: ○ 8 aminoácidos esenciales: Triptófano, treonina, metionina, lisina, leucina, valina, isoleucina y fenilalanina. ○ 2 ácidos grasos esenciales: Ácido Linolénico y Ácido Linoleico ○ Algunas vitaminas ○ Ciertos minerales: Cr, S, Br, Ca, Co, Cu, P, Fe, Mg, Mn, Mo, K, Se, Zn, I, Na, V. ● No esenciales: Nutrientes que bajo ciertas condiciones se sintetizan en el organismo a partir de moléculas precursoras. Por lo tanto, el organismo no necesita un aporte regular de los mismos con la condición de que se obtengan las sustancias precursoras del medio.
El agua es un nutriente indispensable de la alimentación y con un papel importantísimo en el mantenimiento de la salud. Sin embargo, no es considerado un nutriente esencial, en el sentido más estricto de su definición, debido a que en ciertos procesos metabólicos si es formada en el organismo. El agua forma parte del 60% del peso corporal distribuida en diferentes compartimentos. Las funciones principales del agua en el organismos son:
● Medio en el cual tienen lugar las reacciones químicas del organismo ● Transportador de nutrientes a las células y vehículo para los productos de desecho ● Interviene en la respiración y digestión ● Regula la función hídrica a través del sistema renal ● Lubrica y actúa de soporte estructural a tejidos y articulaciones ● Contribuye a la termoregulación.
El agua entra en el cuerpo principalmente por la absorción desde el aparato digestivo y lo abandona como orina que excretan los riñones. Alrededor de 750 ml de agua se pierden cada día por evaporación a través de la piel y los pulmones. Otro porcentaje de agua se pierde en la sudoración y en el aparato digestivo. Cuando el consumo de agua compensa la cantidad perdida, el agua del cuerpo está en equilibrio. Para mantener este equilibrio, las personas sanas deben beber al menos 1.5 litros de líquido al día.
METABOLISMO DE LOS GLÚCIDOS
SIMPLES: Distintas formas de azúcares que son fáciles de procesar por el cuerpo, como la fructosa, glucosa, lactosa y sacarosa. La glucosa es el azúcar que con más frecuencia utilizan las células como combustible metabólico primario. Los productos finales de la digestión de los hidratos de carbono en el tubo digestivo son casi exclusivamente la glucosa (un 80%), la fructosa y la galactosa. Las células hepáticas disponen de enzimas apropiadas que promueven la interconversión entre los monosacáridos. Tras su absorción, gran cantidad de fructosa y casi toda la galactosa se convierten rápidamente en glucosa en el hígado. Así, la glucosa se convierte en la vía final común para el transporte de casi todos los hidratos de carbono a las células tisulares. La glucosa que no se necesita se convierte en glucógeno, en el hígado y los músculos, o es almacenada como grasa.
Funciones de los Glúcidos en los seres vivos *Función energética: Provee energía a las células. Son la fuente de energía primaria. La oxidación de los glúcidos libera energía que las células utilizan para realizar sus funciones. Por otra parte, algunos polisacáridos actúan como material de reserva energética que puede ser rápidamente movilizado cuando es necesario. Una ventaja que poseen los glúcidos como material energético es que, dada la solubilidad en agua de muchos de ellos, pueden ser transportados muy rápidamente en medio acuoso allí donde resultan necesarios.
*Función estructural: Forman diversas estructuras biológicas (tejidos, órganos, etc). Algunos polisacáridos como la celulosa o la quitina presentan propiedades que los hacen idóneos para formar parte de estructuras que deben ofrecer una gran resistencia mecánica
Componentes de otras moléculas: Participan en la formación de moléculas más grandes como los nucleótidos. A su vez, en muchos casos las proteínas se unen a una o a varias cadenas de oligosacáridos, permitiendo un plegamiento correcto, evitando que la proteína sea digerida, aportando cargas negativas, entre otros.
Reconocimiento a nivel celular. En la membrana de todas la células hay hidratos de carbono que se encuentran en el exterior y son el sitio de reconocimiento o identificación de otras células. Los HC pueden unirse a lípidos o a proteínas de la superficie de la célula, y representan una señal de reconocimiento en superficie. Tanto las glicoproteínas como los glicolípidos de la superficie externa celular sirven como señales de reconocimiento para hormonas, anticuerpos, bacterias, virus u otras células. Los HC son también los responsables antigénicos de los grupos sanguíneos.
Detoxificación: En muchos casos, los organismos deben encargarse de eliminar compuestos tóxicos que son muy poco solubles en agua, y que tienden a acumularse en tejidos con un alto contenido lipídico como el cerebro o el tejido adiposo. Estos compuestos pueden ser compuestos que se producen en ciertas rutas metabólicas, compuestos producidos por otros organismos o xenobióticos. Una forma de deshacerse de estos compuestos es conjugarlos con un derivado de la glucosa y así eliminarlos por la orina o por otras vías.
Transporte de glucosa a través de la membrana celular. La glucosa no difunde fácilmente por los poros de la membrana celular, debido a su alto peso molecular (PM=180) ● En los tejidos: La glucosa pasa al interior de las células por el mecanismo de difusión facilitada, hay un gran número de moléculas proteínas transportadoras que se unen a la glucosa y de esta manera, llevan la glucosa de un lado a otro de la membrana a favor del gradiente de concentración (desde el área de mayor a la de menor concentración). La insulina aumenta la difusión facilitada de la glucos a, así como la de otros monosacáridos. Cuando el páncreas secreta grandes cantidades de insulina, la velocidad de transporte de la glucosa en la mayoría de las células aumenta 10 o más veces que cuando no hay insulina. En efecto, la tasa de utilización de los hidratos de carbono por la mayor parte de las células está controlada, en efecto, por la secreción pancreática de insulina. ● En la membrana gastrointestinal y en el epitelio de los túbulos renales: La glucosa es transportada por un mecanismo de cotransporte activo de sodio-glucosa, en el que el transporte activo de sodio provee la energía para absorber la glucosa contra una diferencia de concentración.
Fosforilación de la Glucosa: Inmediatamente después de entrar en la célula, la glucosa se combina con un radical fosfato: Glucosa + ATP + (Glucocinasa o hexocinasa) → Glucosa-6-fosfato + ADP La fosforilación está favorecida por la enzima glucocinasa del hígado o la hexocinasa del resto de las células. La fosforilación es irreversible excepto en las células hepáticas, el epitelio tubular renal y las células epiteliales intestinales; estas células disponen de la enzima glucosa fosfatasa que revierte la reacción. La fosforilación sirve para capturar la glucosa celular, dada su unión casi instantánea al fosfato, la glucosa ya no difundirá de nuevo al exterior.
GLUCÓGENO
Tras su absorción celular, la glucosa se utiliza de inmediato para proveer energía a la célula o bien se almacena en forma de glucógeno (un gran polímero de glucosa). El glucógeno se almacena principalmente en el hígado y el músculo. Debido al alto peso molecular que alcanza, producto de la elevada polimerización, el glucógeno precipita en forma de gránulos sólidos. La conversión de los monosacáridos en glucógeno facilita el depósito de grandes cantidades de HC sin alterar la presión osmótica de los líquidos intracelulares.
El glucógeno es el polisacárido primordial de reserva. Presenta varias ventajas frente a las grasas: ● El músculo lo moviliza más rápidamente ● Se puede metabolizar en condiciones anaerobias (las grasas no) ● Se transforma rápidamente en glucosa, mientras que en los animales no hay mecanismos para convertir los ácidos grasos en glucosa. ● Puede mantener los niveles adecuados de glucosa en sangre.
*Inhibición - Ocurre en respuesta a la insulina
GLUCÓLISIS : 1 molécula de glucosa se fracciona en 2 moléculas de ácido pirúvico
● Ocurre en el citosol de la célula. Las enzimas involucradas se encuentran en este compartimento. ● No necesita oxígeno para su realización. ● Se produce en todas las células vivas, desde procariotas hasta eucariotas animales y vegetales. ● Ocurre en una secuencia de 10 reacciones químicas sucesivas. Cada paso es catalizado por al menos una enzima proteica específica. Etapas
- Preparación y corte: La glucosa es fosforilada 2 veces por 2 ATP y es cortada en moléculas de gliceraldehido 3 fosfato
- Oxidación y generación de ATP: 2 moléculas de gliceraldehido-3-fosfato se oxidan a 3-fosfoglicerato con la formación de 2 ATP y 2 NADH
- Etapa de formación de piruvato y síntesis de 2 ATP
Ecuación que muestra todas las entradas y los productos de la glucolisis: Glucosa + 2 ATP + 2 NAD+^ + 2 Pi + 4 ADP → 2 Piruvato + 2 ADP + 2 NADH + 2 H+^ + 4 ATP + 2H 2 O Se necesita la energía de 2 moléculas de ATP para iniciar el proceso, pero una vez iniciado se producen 2 moléculas de NADH y 4 de ATP por lo que el balance final es de: 2 NADH y 2 ATP por molécula de glucosa Ecuación general: Glucosa + 2 ADP + 2 NAD+^ + 2Pi → 2 Piruvato + 2 ATP + 2 NADH + 2 H+^ + 2H 2 O La eficiencia global de síntesis del ATP es del 43%. El 57% restante de la energía se pierde en forma de calor.
Es importante resaltar que la glucólisis sólo libera una pequeña fracción de la energía total disponible de la molécula de glucosa; las dos moléculas de piruvato formadas aún contienen la mayor parte de la energía
química potencial obtenible de la molécula de glucosa, energía que se puede extraer mediante reacciones oxidativas en el ciclo del ácido cítrico (O ciclo de Krebs) y en la fosforilación oxidativa. CONVERSIÓN DEL ÁCIDO PIRÚVICO EN ACETIL COENZIMA A: Es el paso que continúa en la descomposición de glucosa. Reacción: Ácido Pirúvico + Coenzima A → Acetil-Coa + CO 2 + 2H+
CICLO DE KREBS O DEL ÁCIDO CÍTRICO
● Ocurre en las mitocondrias ● Es una serie de 8 reacciones que oxidan al grupo acetilo del acetil-CoA y lo convierten en dos moléculas de CO 2 ● La energía libre liberada se conserva en los compuestos reducidos NADH y FADH2.
Una vuelta completa del ciclo produce 2 moléculas de CO 2 , tres NADH, un FADH2 y un compuesto de “alta energía” (GTP o ATP). La reacción neta del ciclo del ácido cítrico es: 3 NAD+^ + FAD + GDP (o ADP) + Pi + acetil-CoA → 3 NADH + 1 FADH 2 + GTP ( o ATP) + CoA + 2 CO 2
Balance energético: Isocitrato→ α-cetoglutarato (1 NADH) que produce 3 ATP (cadena respiratoria). α-cetoglutarato→ succinil-CoA (1 NADH) que produce 3 ATP (cadena respiratoria). Succinil-CoA→ succinato: 1 ATP (a nivel de sustrato). Succinato→ fumarato (1 FADH2) que produce 2 ATP (cadena respiratoria). malato→ oxalacetato (1 NADH) que produce 3 ATP (cadena respiratoria).
Resumen de la formación del ATP durante la metabolización de 1 molécula de glucosa:
*En algunas células, el costo energético de transportar electrones desde el NADH formado en la glucólisis, a través de la membrana interna de la mitocondria, baja la producción neta de 2 NADH a 4 ATP (en lugar de 6 ATP). Por lo tanto, en estas células la producción máxima es de 36 ATP
Proceso global: Glucosa + 6 O 2 → 6 CO 2 + 6 H 2 O + 38 ATP (máximo)
REACCIONES QUE OCURREN EN CONDICIONES AEROBICAS Y ANAEROBICAS
*En condiciones aerobias, el piruvato es totalmente oxidado a acetil-CoA y a través del ciclo del ácido cítrico se convierte en CO 2 y H 2 O. El NADH formado por la deshidrogenación del gliceraldehído 3-fosfato se reoxida finalmente a NAD+^ mediante el paso final de sus electrones al O 2 en el proceso de la respiración mitocondrial.
*En condiciones anaeróbicas, la glucólisis ocurre normalmente pero el NADH generado no puede ser reoxidado por el O 2. La incapacidad para regenerar NAD+^ dejaría a la célula sin aceptor de electrones para la oxidación del gliceraldehido 3-fosfato, con lo que se detendrían las reacciones de la glucólisis que producen energía. Por lo tanto, el piruvato debe ser convertido mediante otra reacción en un producto final reducido para poder reoxidar el NADH. Esta reacción es la fermentación, en la cual se transfieren los electrones desde el NADH para formar un producto final reducido tal como el lactato o el etanol.
FERMENTACIÓN
Fermentación homoláctica: Ocurre en los tejidos animales en condiciones anaeróbicas. Es la vía por medio de la cual el NAD+ se regenera mediante la reducción del piruvato a lactato. Los dos productos finales de las reacciones glucolíticas son el ácido pirúvico y el NADH. La acumulación de cualquiera de ellos o de ambos detendría el proceso glucolítico y evitaría la formación posterior de ATP. Cuando sus cantidades comienzan a resultar excesivas, estos dos productos finales reaccionan entre sí para formar ácido láctico.
En este proceso se derrocha mucha glucosa pero puede salvar la vida durante unos minutos si no se dispone de oxígeno. La formación de ácido láctico durante la glucólisis anaeróbica permite liberar más energía anaeróbica ya que la glucólisis prosigue un rato más en ausencia de oxigeno respiratorio. La velocidad de producción de ATP por glucólisis anaerobia puede ser hasta 100 veces más rápida que la de la fosforilación oxidativa. Es por esto que, cuando tejidos como el músculo consumen rápidamente el ATP, lo regeneran casi completamente por medio de glucólisis anaeróbica.
Reacción global de la glucólisis anaerobia: Glucosa + 2 ADP + 2Pi → 2 Lactato + 2 ATP + 2 H+^ + 2H 2 O
Cuando se produce lactato en grandes cantidades durante la contracción muscular vigorosa (durante un sprint, por ejemplo), la acidificación resultante de la ionización del ácido láctico en el músculo y en la sangre limita los períodos de actividad enérgica.
Cuando una persona comienza a respirar de nuevo oxígeno tras un período de metabolismo anaeróbico, el lactato formado por músculos esqueléticos activos (o por eritrocitos) puede reciclarse; se transporta por la sangre al hígado, en donde se convierte en glucosa que vuelve de nuevo al músculo y se convierte en glucógeno en un circuito denominado ciclo de Cori. De esta forma, la gran cantidad de ácido láctico que se forma durante la glucólisis anaeróbica no se llega a perder.
Ciclo de Cori:
para cubrir las necesidades energéticas del organismo durante 12 a 24 h. Cuando las células almacenadoras de glucógeno (básicamente las musculares y hepáticas) están casi saturadas de glucógeno, la glucosa adicional se convierte en grasa en las células hepáticas y en los adipocitos y se almacena en estos últimos.
GLUCONEOGÉNESIS
Vía anabólica que permite sintetizar glucosa a partir de precursores no glucídicos. La gluconeogénesis se define como la “formación de azucar nuevo” y es la ruta encargada de convertir el piruvato y los compuestos relacionados de tres y cuatro carbonos en glucosa. Se emplea cuando no es suficiente el suministro de glucosa a partir de los depósitos de glucógeno en el músculo y en el hígado, esto puede ocurrir durante ayunos prolongados, entre comidas o después de un ejercicio vigoroso (en el cual el glucógeno se ha agotado). Sustratos: Los precursores importantes de la glucosa en los animales son compuestos de tres carbonos tales como lactato*, piruvato y glicerol, así como ciertos aminoácidos (excepto la leucina y la lisina) y del glicerol de las grasas. En principio, todas estas sustancias deben ser convertidas en el compuesto de 4 carbonos: oxalacetato. Los aminoácidos leucina y lisina no pueden ser convertidos en oxalacetato porque su degradación sólo produce Acetil-CoA. Lo mismo ocurre con los ácidos grasos. El acetil-CoA no sirve como precursor de la glucosa ya que no existen en los animales vías para la conversión de Acetil-CoA en oxalacetato. Tejidos: En los mamíferos la gluconeogénesis tiene lugar principalmente en el hígado (condiciones normales de ayuno) y en menor extensión en la corteza renal (inanición) y en las células epiteliales que recubren el intestino delgado. La glucosa producida pasa a la sangre para abastecer otros tejidos.
En los animales, tanto la glucólisis como la gluconeogénesis tienen lugar en el citosol, por lo que necesitan una regulación recíproca y coordinada. La regulación independiente de las dos rutas se consigue a través de controles ejercidos sobre los pasos enzimáticos específicos propios de cada una. La mayoría de las reacciones de la gluconeogénesis son reacciones glucolíticas que también ocurren a la inversa. Sin embargo, las enzimas glucolíticas hexocinasa, fosfofructocinasa y piruvato cinasa catalizan reacciones con grandes cambios en la energía libre. Por ende, estas reacciones deben ser reemplazadas en la gluconeogénesis por reacciones que hagan termodinámicamente favorable la síntesis de glucosa.
Enzimas particulares de la gluconeogénesis intervinientes: ● Piruvato carboxilasa: Cataliza la formación conducida por ATP de oxalacetato a partir de piruvato y HCO 3 -. ● Fosfoenolpiruvatocarboxiquinasa (PEPCK): Convierte el oxalacetato en PEP (fosfoenolpiruvato) en una reacción que emple GTP como donante de grupo fosforilo. ● Fructosa-1,6-bifosfatasa: Hidroliza la fructosa-1,6-bifosfato. ● Glucosa-6-fosfatasa: Isomeriza la fructosa-6-fosfato y la convierte en glucosa-6-fosfato. Está sólo está presente en hígado y riñones.
El costo energético de la conversión de dos moléculas de piruvato en una molécula de glucógeno por gluconeogénesis es de 6 equivalentes de ATP:
dos en cada paso catalizado por la piruvato carboxilasa, la PEPCK y la fosfoglicerato cinasa
METABOLISMO DE LOS LÍPIDOS
Varios compuestos químicos presentes en los alimentos y en el organismo se clasifican como lípidos. Estos son: ● Triglicéridos o la grasa neutra ● Los fosfolípidos ● El colesterol ● Otros de menor importancia.
Desde el punto de vista químico, el componente lipídico básico de los triglicéridos y de los fosfolípidos son los ácidos grasos, es decir, ácidos orgánicos hidrocarbonados de cadena larga. Aunque el colesterol no contiene ácidos grasos, su núcleo esterólico se sintetiza a partir de porciones de moléculas de ácidos grasos, que le confieren muchas de las propiedades físicas y químicas de las otras sustancias lipídicas. El hígado es muy importante en el metabolismo de lípidos y síntesis de ácidos grasos. Cuando sobra energía sintetiza lípidos. Los ácidos grasos suelen tener un número par de átomos de C. Se diferencian en la longitud de la cadena y el número de insaturaciones
FUNCIONES DE LOS LÍPIDOS
● Función energética: Mediante la beta oxidación, las grasas pueden ser fuente de energía inmediata para las células, excepto las del sistema nervioso central y los eritrocitos. ● Función de reserva: Son la principal reserva energética del organismo a largo plazo. ● Función estructural: Forman las bicapas lipídicas de la membranas. A su vez, los fosfolípidos, colesterol y proteínas establecen las características fisicoquímicas de la membrana, como el reconocimiento celular, transmisión de mensajes, transporte de nutrientes, metabolitos y diversas actividades enzimáticas. ● Función protectora: Recubren órganos y le dan consistencia, protegen mecánicamente al cuerpo como el tejido adiposo de pies y manos. Contribuyen en la regulación de la temperatura. ● Función biocatalizadora: Los lípidos favorecen o facilitan las reacciones químicas que se producen en los seres vivos. Cumplen esta función las vitaminas lipídicas, las hormonas esteroideas y las prostaglandinas ● Función transportadora: El transporte de lípidos desde el intestino hasta su destino se realiza por medio de lipoproteínas. Ayudan en el transporte de vitaminas liposolubles y en su absorción.
TIPOS DE GRASAS: En función del tipo de ácidos grasos que forman predominantemente las grasas, y en particular por el grado de insaturación (número de enlaces dobles o triples) de los ácidos grasos, podemos distinguir: ● Grasas saturadas: Son sólidas a temperatura ambiente. Están formadas mayormente por ácidos grasos saturados. Ej.: La grasa animal, la manteca de cacao o de mani y la margarina. La mayoría de grasas saturadas son de origen animal, pero también se encuentra un contenido elevado de grasas saturadas en productos de origen vegetal, como puede ser el aceite de coco y el aceite de palma. Incrementan el riesgo de enfermedades cardíacas, obesidad y ciertos tipos de cáncer. Las grasas formadas por ácidos grasos de cadena larga (más de 8 átomos de carbono), como los ácidos láurico, mirístico y palmítico, se consideran que elevan los niveles plasmáticos de colesterol asociado a las lipoproteínas LDL. ● Grasas insaturadas: Son líquidas a temperatura ambiente y comúnmente se conocen como aceites. Están formadas principalmente por ácidos grasos insaturados como el oleico o el palmitoleico. Ej.:Aceite de oliva, de girasol, de maíz, otros aceites vegetales y los aceites de pescado. Son las más beneficiosas para el cuerpo humano por sus efectos sobre los lípidos plasmáticos, las grasas monoinsaturadas reducen los niveles plasmáticos de colesterol asociado a las lipoproteínas LDL y elevan los niveles de HDL; mientras que las grasas poliinsaturadas reducen los niveles de las lipoproteínas LDL y HDL ● Grasas trans: Se obtienen durante la hidrogenación de los aceites vegetales. Mediante la hidrogenación total pasan de ser insaturadas a saturadas, perdiendo la isomería geométrica. Si la hidrogenación es parcial, no todos los enlaces dobles se hidrogenan y puede ocurrir también que algún enlace doble con forma cis cambie la posición a la forma espacial de trans. Son mucho más perjudiciales que las saturadas presentes en la naturaleza (con forma cis), ya que son altamente aterogénicas y pueden contribuir a
LÍPIDOS EXÓGENOS DE LA DIETA:
Más del 95% de los lípidos de la dieta son triglicéridos. El 5% restante de los lípidos de la dieta son fosfolípidos, ácidos grasos libres (AGL), colesterol (presente en alimentos como colesterol esterificado) y vitaminas liposolubles. Los triglicéridos de la dieta se digieren en el estómago y el duodeno, donde se convierten en monoglicéridos y ácidos grasos libres por la acción de la lipasa gástrica y se emulsifican como resultado de la peristalsis gástrica y la acción de la lipasa pancreática. Los ésteres de colesterol de la dieta se desesterifica en colesterol libre a través de los mecanismos mencionados. Luego, los monoglicéridos, los ácidos grasos libres y el colesterol libre se solubilizan en el intestino en micelas de ácidos biliares, que los conducen a las vellosidades intestinales para su absorción. Una vez absorbidos en los enterocitos, vuelven a constituir triglicéridos y se ensamblan con colesterol para formar quilomicrones , que son las lipoproteínas más grandes. Los quilomicrones transportan los triglicéridos y el colesterol de la dieta desde el interior de los enterocitos a través de los vasos linfáticos hacia la circulación. En la superficie externa de los quilomicrones se adsorbe una pequeña cantidad de la apoproteína B. El resto de las moléculas proteicas se proyecta sobre el agua circundante, con lo que aumenta la estabilidad de los quilomicrones en el líquido linfático y se evita su adherencia a las paredes de los vasos linfáticos. En los capilares de los tejidos adiposo y muscular, la apoproteína C-II (apo C-II) sobre el quilomicrón activa a la lipoproteína lipasa (LPL) endotelial, que convierte el 90% de los triglicéridos dentro de los quilomicrones en ácidos grasos y glicerol. Estos ácidos grasos, al ser muy miscibles con las membranas de las células, difunden al interior de los adipocitos y de las células musculares. Una vez dentro de estas células, los ácidos grasos pueden utilizarse como combustible o se vuelven a sintetizar en triglicéridos; el glicerol procede de los procesos metabólicos celulares. Los residuos de quilomicrones ricos en colesterol regresan al hígado, donde se eliminan mediante un proceso mediado por la apoproteína E (apo E).
Cuando la grasa almacenada en el tejido adiposo se debe utilizar en otro lugar para proveer energía, primero debe transportarse al otro tejido, casi siempre en forma de ácidos grasos libres previa hidrólisis de los triglicéridos en ácidos grasos y glicerol. Al salir de las células grasas, los ácidos grasos se ionizan con fuerza en el plasma y la parte iónica se combina inmediatamente con moléculas de albúmina de las proteínas plasmáticas. El ácido graso unido de esta forma se llaman ácidos grasos libres o ácidos grasos no esterificados.
En condiciones normales, con cada molécula de albúmina se combinan aproximadamente 3 moléculas de ácidos grasos, aunque se pueden unir hasta 30 moléculas de ácidos grasos en caso de ser necesario. Esto muestra la variabilidad del transporte de lípidos en diferentes estados fisiológicos. LÍPIDOS ENDÓGENOS Lipoproteínas: Son proteínas cuya función es el transporte del colesterol, triglicéridos y fosfolípidos endógenos. En el estado postabsortivo, después de haber extraído de la sangre todos los quilomicrones, más del 95% de todos los lípidos del plasma adopta la forma de lipoproteínas, partículas pequeñas mucho más reducidas que los quilomicrones pero de composición cualitativa similar (con triglicéridos, colesterol, fosfolípidos y proteínas). Casi todas las lipoproteínas se forman en el hígado, lugar donde se sintetiza casi todo el colesterol, los fosfolípidos y los triglicéridos del plasma. La función básica de las lipoproteínas consiste en transportar los componentes lipídicos de la sangre. Las VLDL transportan los triglicéridos sintetizados en el hígado principalmente al tejido adiposo, mientras que las otras lipoproteínas son muy importantes en los diferentes estadios del transporte de los fosfolípidos y del colesterol desde el hígado a los tejidos periféricos, o desde la periferia al hígado. Los factores que estimulan la síntesis hepática de lipoproteínas suelen aumentar las concentraciones plasmáticas de colesterol y triglicéridos.
Tipos de lipoproteínas. Clasificadas por sus densidades medidas en la ultracentrífuga:
- Lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) , que contienen concentraciones elevadas de triglicéridos y concentraciones moderadas de colesterol y fosfolípidos.Contienen apoproteína B-100 y se sintetizan en el hígado. La síntesis de VLDL aumenta con el incremento de la concentración intrahepática de ácidos grasos libres, como cuando se consumen dietas hiperlipídicas y cuando el exceso de tejido adiposo libera los AGL directamente a la circulación (p. ej., en la obesidad, la diabetes mellitus mal controlada). La apo C-II sobre la superficie de las VLDL activa a la LPL endotelial para que degrade a los triglicéridos en AGL y glicerol, que luego se incorporan en las células.
- Lipoproteínas de densidad intermedia (IDL) , son el producto del procesamiento de las VLDL y los quilomicrones por la LPL, por lo que que son lipoproteínas de muy baja densidad, de las que se ha extraído una gran parte de los triglicéridos, de modo que las concentraciones de colesterol y fosfolípidos están aumentadas
- Lipoproteínas de baja densidad (LDL), que derivan de las lipoproteínas de densidad intermedia una vez extraídos casi todos los triglicéridos, dejando una concentración especialmente alta de colesterol y moderada de fosfolípidos. La mayoría de las LDL se elimina en el hígado mediante un proceso mediado por apo B y los receptores hepáticos de LDL. Los receptores hepáticos de LDL disminuyen cuando el hígado aporta colesterol a través de los quilomicrones y cuando aumentan las grasas saturadas en la dieta, mientras que se incrementan cuando disminuyen las grasas y el colesterol en la dieta. El tamaño de las partículas de LDL varía desde grandes y flotantes hasta pequeñas y densas. La LDL pequeña y densa tiene una concentración elevada de ésteres de colesterol, se asocia con trastornos del metabolismo como hipertrigliceridemia y resistencia a la insulina y es especialmente aterógena. La mayor aterogenicidad de las LDL pequeñas densas se debe a la mejor eficiencia de unión del receptor hepático de LDL, que prolonga su circulación, su exposición al endotelio y su oxidación.
- Lipoproteínas de alta densidad (HDL), que contienen una gran concentración de proteínas (aproximadamente un 50%), pero cantidades mucho menores de colesterol y fosfolípidos. Se sintetizan tanto en los eritrocitos como en el hígado. El metabolismo de las HDL es complejo, pero u no de los papeles que cumplen es obtener colesterol de los tejidos periféricos y otras lipoproteínas y transportarlo hacia otros sitios que lo necesiten. Su efecto principal es antiaterógeno.
- La lipoproteína (a) [Lp(a)] es LDL que contiene apoproteína (a) y se caracteriza por la presencia de 5 regiones ricas en cisteína denominas bisagra (kringles). Una de estas regiones es homóloga al plasminógeno y se cree que inhibe competitivamente la fibrinólisis y, en consecuencia, predispone al desarrollo de trombos. La Lp(a) también puede promover la aterosclerosis en forma directa.
Quilomicrones: triglicéridos de la dieta Apoproteínas: A-I, A-II, B48, C-I, C-II, CIII,E VLDL: triglicéridos endógenos, ésteres del colesterol y colesterol Apoproteínas: B100, C-I, C-II, C-III, E IDL: Ésteres de colesterol, colesterol y triglicéridos Apoproteínas: B-100, C-III, E LDL: Ésteres de colesterol, colesterol y triglicéridos Apoproteína: B- 100 HDL: Ésteres de colesterol, colesterol y triglicéridos Apoproteínas: A-I, A-II,C-I, CII, CIII, D, E
Balance energético de la -oxidación : La oxidación de los ácidos grasos genera grandes cantidades de ATP. La cantidad de ciclos se calcula como: (Número de carbonos del ácido graso/2)- *Cada ronda de -oxidación produce: 1 NADH + 1 FADH2 + 1 Acetil CoA *La oxidación de la Acetil-CoA a través del ciclo del ácido cítrico genera 1 FADH2 + 3 NADH + 1 ATP
Ej: Oxidación de la palmitoil-CoA (derivada del ácido palmítico del 16 carbonos) *Se darán 7 vueltas por lo tanto se obtendrán: 7 FADH2 + 7 NADH + 8 acetilCoA = (7 X 2) + (7X3) = 35 ATP *La oxidación de 8 acetil CoA produce: 8 FADH2 + 24 NADH + 8 ATP= (8 X 2) + (24 X 3) + 8 = 96 ATP
En total se obtienen 131 ATP, menos los 2 equivalentes de ATP necesarios para la formación de acil-CoA(activación del ácido graso)= 129 ATP
**Considerar que alguna bibliografía sostiene un rendimiento de 1.5 ATP por FADH2 y 2.5 ATP por NADH. Por lo cual, en este caso, hablamos un rendimiento neto de la molécula de palmitato de 106 ATP y para una de glucosa 30/32 ATP.
Formación del ácido acetoacético: Gran parte de la descomposición inicial de los ácidos grasos sucede en el hígado. Cuando las cadenas de ácidos grasos se desdoblan en moléculas de acetil CoA, se condensan dos de estas moléculas en otra de ácido acetoacético, que la sangre transporta hasta otras células del organismo, donde sirve para obtener energía. Parte del ácido acetoacético se convierte también en ácido -hidroxibutírico, y cantidades muy pequeñas en acetona.
El ácido acetoacético, el ácido b-hidroxibutírico y la acetona se conocen como cuerpos cetónicos y difunden libremente a través de las membranas celulares hepáticas y son transportados por la sangre a los tejidos periféricos. Aquí difunden de nuevo a las células, donde suceden las reacciones inversas y se sintetizan moléculas de acetil CoA. Normalmente, el ácido acetoacético y el ácido b-hidroxibutírico que ingresan en la sangre son transportados tan rápidamente a los tejidos que su concentración combinada en el plasma no supera los 3 mg/dl. Las
concentraciones de los cuerpos cetónicos se elevan, en ocasiones, mucho en la sangre y en los líquidos intersticiales; este estado se denomina cetosis (porque el ácido acetoacético es un cetoácido). La cetosis aparece en particular con el ayuno, en la diabetes mellitus y a veces incluso cuando la dieta se compone casi enteramente de grasa. SÍNTESIS DE TRIGLICÉRIDOS 1- A partir de los hidratos de carbono Cuando el organismo ingresa una cantidad de hidratos de carbono mayor de la que puede consumir de inmediato para obtener energía o para almacenarla como glucógeno, el exceso se transforma enseguida en triglicéridos y se deposita así en el tejido adiposo. Los triglicéridos formados en el hígado se transportan principalmente en las VLDL hasta el tejido adiposo donde se almacenan
a- Conversión de acetil CoA en ácidos grasos.
- Conversión de los hidratos de carbono en acetil CoA (por el proceso glucolítico).
- Síntesis de ácidos grasos a partir de acetil CoA. Este proceso no se logra simplemente por una reversión de la beta-oxidación, en cambio el malonil CoA y el NADPH (que proviene de la vía de las pentosas fosfato) actúan como intermediarios principales de la polimerización. b- Combinación de los ácidos grasos con el 𝛼-glicerofosfato, para formar triglicéridos. Una vez que las cadenas de ácidos grasos sintetizadas han crecido hasta 14 a 18 átomos de carbono, se unen al glicerol para formar los triglicéridos. La glicerina del triglicérido proviene del 𝛼-glicerofosfato, otro producto derivado de la glucólisis.
Importancia de la síntesis y del almacenamiento de la grasa: ● La capacidad de las diferentes células del organismo para depositar los hidratos de carbono en forma de glucógeno es bastante pequeña. En cambio, se pueden depositar muchos kilogramos de grasa en tejido adiposo. Por eso, la síntesis de grasa proporciona un medio para almacenar la energía del exceso de hidratos de carbono (y proteínas) y utilizarla en otro momento. ● Cada gramo de grasa contiene casi dos veces y media más calorías que un gramo de glucógeno. Así pues, para un incremento de peso dado, se puede almacenar bastante más energía como grasa que como hidratos de carbono.
2- A partir de las proteínas
