Download 12A. DEGRADACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS 1. (a) ¿Cuáles son las

12A. DEGRADACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS
1. (a) ¿Cuáles son las tres funciones fisiológicas principales de los ácidos grasos?
1º.Son bloques constructores de fosfolípidos y glicolípidos (componentes de las membranas biológicas), 2º
muchas proteínas son modificadas por la unión covalente de ácidos grasos, los cuales los dirigen a la
localización de membrana,
3º se almacenan como triglicéridos (ésteres de glicerol sin carga) y
4º. los derivados de los ácidos grasos sirven como hormonas y mensajeros intracelulares.
(b) ¿Cuál es el sitio principal de almacenamiento de los triglicéridos?
Los adipocitos que forman el tejido adiposo.
(c) ¿Cuáles son los productos de hidrólisis de los triglicéridos, que enzima los hidroliza y cómo se regula
esta reacción?
Los ácidos grasos y el glicerol. La enzima es la lipasa de triglicéridos, la cual es regulada hormonalmente.
La epinefrina, la norepinefrina, el glucagon y la hormona adrenocorticótropica activan a la adenilato
ciclasa en el tejido adiposo. El aumento en el nivel de AMPc estimula la proteína cinasa A, la cual activa a
la lipasa por fosforilación.
De esta forma, las hormonas arriba mencionadas inducen la lipólisis. El AMPc es el segundo mensajero en
la activación de la lipólisis y de la activación del rompimiento de glucógeno. Por el contrario, la insulina
inhibe la lipólisis.
(d) ¿ La enzima glicerol cinasa está presente en el tejido adiposo?
El glicerol formado por lipólisis es fosforilado (por glicerol cinasa) y oxidado (por glicerol fosfato
deshidrogenasa) a dihidroxiacetona fosfato, el cual, a su vez, es isomerizado a gliceraldehído 3 fosfato.
Este intermediario puede seguir la glicólisis o la gluconeogénesis. Esto no se puede llevar a cabo en el
tejido adiposo porque carece de la enzima glicerol cinasa.
Esto se lleva a cabo en el hígado. El proceso inverso puede ocurrir por la reducción de dihidroxiacetona
fosfato a glicerol 3 fosfato. Este es un intermediario clave para la síntesis de triglicéridos.
(e) ¿Cuál es la consecuencia fisiológica de este hecho?
Que el tejido adiposo necesita glucosa para sintetizar glicerol 3-fosfato y así sintetizar triglicéridos. En
otras palabras, no puede usar el glicerol para sintetizar glicerol 3-fosfato, sino que este debe venir de la
reducción del intermediario glicolítico dihidroxiacetona fosfato.
2. (a) ¿Cómo y en que sitio de la célula se activan los ácidos grasos antes de su degradación?
Se activan en la membrana externa mitocondrial en una reacción catalizada por acil CoA sintetasa o
tiocinasa de ácidos grasos. El ATP impulsa la formación de un enlace tioéster entre el grupo carboxilo del
ácido graso y el grupo SH de CoA.
(b) ¿Qué reacción cataliza la tiocinasa?
Ácido graso + ATP + HS-CoA ⇔ Acil CoA + AMP + PPi
Esta reacción toma lugar en dos pasos:
Ácido graso + ATP ⇔ Acil-adenilato + PPi
Acil adenilato + HS-CoA ⇔ Acil CoA + AMP
Estas reacciones parciales son libremente reversibles, de hecho, el equilibrio es cercano a 1. Sin embargo
en condiciones fisiológicas, el equilibrio se desplaza a la derecha por la hidrólisis del PPi y de esta manera
la reacción es irreversible.
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Por lo tanto, podemos decir, que se gastan dos moléculas de ATP en la activación de los ácidos grasos, los
cuales se tienen que considerar para calcular la cantidad de ATP (rendimiento neto) que se produce por la
oxidación de lo ácidos grasos.
Ácido graso + ATP + HS-CoA ⇒ Acil CoA + AMP + 2Pi
(c) ¿Qué papel tiene la carnitina y la carnitina aciltransferasa en el transporte de los ácidos grasos al
interior de la mitocondria?
Los ácidos grasos son activados en la membrana externa mitocondrial y son oxidados en la matriz
mitocondrial. Las largas cadenas de acil CoA no atraviesan la membrana interna mitocondrial por lo que
requieren un mecanismo especial de transporte.
Estas moléculas activadas se conjugan a carnitina, un compuesto zwiteriónico formado a partir de lisina.
El grupo acilo es transferido del átomo de azufre de CoA al grupo hidroxilo de carnitina para formar acil
carnitina.
La reacción es catalizada por carnitina aciltransferasa I, la cual está unida a la parte externa de la
membrana interna mitocondrial.
La acilcarnitina es transportada entonces a través de la membrana interna mitocondrial por una
translocasa (también conocida como transportador acilcarnitina/carnitina). El grupo acilo es transferido
nuevamente a la CoA del lado de la matriz.
Esta reacción es catalizada por carnitina acil transferasa II (localizada en la parte interna de la
membrana interna mitocondrial), es termodinámicamente posible porque el enlace O-acilo tienen un alto
potencial de transferencia de grupo.
(d) ¿Cómo se le llama al proceso de oxidación de los ácidos grasos y en donde se lleva a cabo?
Se le llama β-oxidación y se realiza en la matriz mitocondrial.
(e) Describa las 4 reacciones consecutivas que se llevan a cabo de manera cíclica para oxidar
completamente a un ácido graso.
(1) Deshidrogenación enlazada a FAD (acil CoA deshidrogenasa).
(2) Hidratación (trans Δ2 enoil CoA hidratasa)
(3) Deshidrogenación enlazada a NAD (L-3 hidroxiacil CoA deshidrogenasa)
(4) Tiólisis (β-ceto tiolasa)
(f) ¿Cuáles son las reacciones en el ciclo de Krebs análogas a las de la β-oxidación?
La secuencia
es similar a:
Acil CoA ⇒ Enoil CoA ⇒ hidroxiacil CoA ⇒cetoacil CoA
succinato ⇒ fumarato ⇒ malato ⇒ oxaloacetato
(g) ¿Cuál es la ecuación balanceada para la degradación de palmitato?
Palmitoil CoA + 7 FAD + 7 NAD+ + 7 CoA + 7 H2O ⇒
8 AcCoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+
Para calcular la cantidad de ATP que se produce de la reacción anterior, se considera que la oxidación de
NADH produce 3 ATP, la de FADH2 2 ATP y la de AcCoA 12 ATP. Por lo tanto, 8x12 = 96, 7x3 =21 y
7x2=14. Esto resulta en 131 ATP, que al restarle los dos moléculas de ATP usadas en la activación,
quedan 129 ATP.
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(h) Explique cómo afecta el rendimiento de ATP si se oxida un ácido graso insaturado.
Disminuye la producción de 3 ATP, ya que deja de producirse un 1 NADH por cada doble enlace.
3. (a) ¿Qué reacciones adicionales se requieren para oxidar un ácido graso insaturado?
La mayoría de los ácidos grasos en los triglicéridos y en los fosfolípidos de los animales y plantas están
insaturados, tienen uno o mas dobles enlaces. Estos enlaces están en la configuración cis y no son
sustrato de la enzima enoil CoA hidratasa, la enzima que cataliza la adición de agua al enlace trans Δ2
enoil CoA generado durante la β-oxidación.
Como ejemplo para ilustrar lo anterior pondremos la oxidación del oleato, un ácido graso monoinsaturado
de 18 carbones con un doble enlace cis entre C-9 y C-10 (llamado Δ9). Oleil CoA sufre tres ciclos de
oxidación para producir tres moléculas de acetil CoA y el éster de coenzima A de un Δ3, ácido graso
insaturado de 12 átomos de carbono, cis-Δ 3-dodecanoil CoA.
Este producto no es sustrato de la siguiente enzima de la β-oxidación, enoil CoA hidratasa, la cual actúa
solo sobre dobles enlaces trans. Sin embargo, por la acción de la enzima auxiliar, enoil CoA isomerasa, el
cis Δ 3 enoil CoA es isomerizado a trans-Δ 2-enoil CoA, el cual es convertido por enoil CoA hidratasa en el
L-β-hidroxiacil correspondiente (trans-Δ2-dodecanoil CoA).
Este intermediario es ahora sustrato de las enzimas restantes de la β-oxidación para producir acetil CoA y
un ácido graso saturado de 10 carbones como éster de coenzima A (decanoil-CoA). El último sufre cuatro
paso mas de oxidación para producir en total 9 acetil CoA de una molécula de 18 átomos de carbono.
La otra enzima adicional (una reductasa) se requiere para la oxidación de un ácido graso de
poliinsaturado. Como ejemplo, tomaremos el linoleato de 18 átomos de carbono, el cual tiene una
configuración cis-Δ9, cis-Δ12.
El linoeil sufre tres pasos de oxidación a través de la secuencia de β-oxidación para producir 3 moléculas
de acetil CoA y el éster de coenzima A de un ácido graso insaturado de 12 carbones con una configuración
cis-Δ3, cis Δ6. Este intermediario no puede usarse por la enzima de la vía de la β-oxidación, su doble enlace
está en la configuración diferente configuración equivocada (cis y no trans).
Sin embargo, la acción combinada de enoil CoA-isomerasa y de 2,4 dienoil CoA reductasa permiten la
entrada de este intermediario a la vía normal de la β-oxidación y su degradación a 6 Acetil-CoA. El
resultado es la conversión de linoleato a 9 moléculas de acetil CoA.
En detalle, el compuesto cis Δ3, cis Δ6 es isomerizado por enoil-CoA isomerasa a trans Δ2 cis Δ6
2. En seguida se lleva a cabo un ciclo de la β-oxidación y la primera oxidación de un siguiente ciclo, para
formar el compuesto trans Δ2, , cis Δ4.
3. Este compuesto es reducido por la enzima 2-4, dienoil CoA reductasa usando como sustrato el
NADPH. El producto formado es un trans Δ3.
4. Este compuesto es isomerizado por la enzima enoil CoA isomerasa para dar un trans Δ2.
5. Este compuesto sufre 4 ciclos mas de oxidación para producir 5 moléculas de acetil CoA.
NOTA: Hasta hace muy poco se aceptaba, generalmente, que el intermediario 2,4-dienoil-CoA era un
sustrato para la enoil CoA hidratasa, cuyo producto de reacción, el cis-Δ2-enoil-CoA, era convertido por
enoil CoA hidratasa a 3-D-hidroxiacil-CoA. Este isómero D no es un sustrato de la β-oxidación, pero se
pensaba que era convertido por 3-OH acil-CoA epimerasa a su esteroisómero L el cual era metabolizado
normalmente.
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El hallazgo de que esta epimerasa está localizada en los peroxisomas y no en la mitocondria, combinado
con el descubrimiento de la 2,4 dienoil CoA reductasa, ha conducido a la postulación de la vía descrita
anteriormente.
(b) ¿Qué tipo de ácidos grasos da lugar a propionil CoA como producto de oxidación?
Ácidos grasos de cadena impar
(c) ¿Qué enzimas y coenzimas se requieren para metabolizar propionil CoA a succinil CoA?
Se requiere de:
1. propionil CoA carboxilasa, una enzima dependiente de biotina y que convierte el propionil CoA en Dmetilmalonil-CoA.
Propionil-CoA + HCO3=- + ATP à D-metilmalonil-CoA + AMP + PPi
2. También se requiere de metil malonil CoA epimerasa, que convierte el D-metilmalonil CoA en L metil
malonil CoA y
D-metilmalonil-CoA ßà L-metilmalonil CoA
3.L-metilmalonil CoA mutasa que convierte el L-metilmalonil CoA en succinil CoA. Esta mutasa es una de
las dos enzimas de los mamíferos que requiere un derivado de vitamina B12 como coenzima
(desoxianeosilcobalamina o coenzima B12).
L-metilmalonil-CoA ßà succinil CoA
(d) ¿Se puede decir que los ácidos grasos de cadena impar son glucogénicos? ¿por qué?
Sí, porque producen propionil CoA que se puede convertir en succinil CoA y este a su vez en
oxaloacetato, el cual es un sustrato gluconeogénico.
4 (a) ¿Por qué los animales no pueden sintetizar glucosa a partir de los ácidos grasos con un número par
de átomos de carbono?
Los ácidos grasos con un número par de átomos de carbono producen solo acetil CoA. Porque la reacción
de piruvato deshidrogenasa es irreversible y porque durante el ciclo de Krebs se pierden dos átomos de
carbono (por descarboxilaciones).
(b) Explique cuál es el papel de malonil-CoA, de una relación [NADH]/[NAD+] elevada y de altos niveles
de acetil CoA sobre la regulación de la degradación de ácidos grasos.
La [malonil CoA], el primer intermediario de la biosíntesis citosólica de ácidos grasos, aumenta cuando el
animal tiene abundancia de carbohidratos, el exceso de glucosa que no puede ser oxidado o almacenado
como glucógeno se convierte en el citosol en ácidos grasos para almacenamiento como TG.
La inhibición de carnitina aciltransferasa I por malonil CoA, asegura que la oxidación de los ácidos
grasos se inhiba en hígado si este tiene abundancia de glucosa.
Otras dos enzimas de la β-oxidación son también reguladas por metabolitos que indican suficiencia de
energía. Cuando el cociente [NADH]/[NAD+] es elevado, la enzima β-hidroxiacil CoA deshidrogenasa es
inhibida; finalmente, las altas concentraciones de acetil CoA inhiben a la tiolasa.
(c) OPCIONAL ¿Cuál es el papel biológico de la β-oxidación en los peroxisomas y en los glioxisomas?
La oxidación de los ácidos grasos en las plantas ocurre en los peroxisomas de los tejidos de las hojas y en
los glioxisomas de las semillas en germinación. Estos organitos son similares en estructura y función. Los
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glioxisomas están presente solo en las semillas en germinación y se pueden considerar peroxisomas
especializados.
En las plantas, el papel biológico de la β-oxidación es peroxisomas y glioxisomas es claro; proporciona
precursores biosintéticos a partir de los lípidos almacenados. En las plantas, la β-oxidación no es una
fuente importante de energía metabólica, de hecho las mitocondrias de las plantas no contiene las enzimas
de la β-oxidación.
(d) OPCIONAL ¿Cuál es el destino de los triglicéridos en las semillas en germinación?
Durante la germinación, los triglicéridos almacenados son convertidos en glucosa y en una amplia variedad
de metabolitos esenciales. La acetil CoA producida es convertida en oxaloacetato por medio del ciclo de
glioxilato
5 (a) ¿Cuáles son los cuerpos cetónicos, cuál es la vía de síntesis y el sitio intracelular y el tejido donde
se sintetizan?
En los sujetos humanos y en la mayoría de los mamíferos, la acetil CoA formada en el hígado durante la
oxidación de los ácidos grasos puede entrar al ciclo de Krebs, o puede ser convertida en “cuerpos
cetónicos”: acetoacetato, β-hidroxibutirato y acetona para exportarlos a otros tejidos (estos compuestos
son solubles en plasma y orina). La acetona, producida en cantidades mas pequeñas que los otros dos, es
exhalada.
El acetoacetato y el β-hidroxibutirato son transportados por la sangre a los tejidos extrahepáticos donde
son oxidados vía el ciclo del ácido cítrico para proporcionar mucho de la energía requerida por los tejidos
como músculo cardíaco y esquelético y la corteza renal. El cerebro, que usa glucosa preferentemente
como combustible, puede adaptarse para usar acetoacetato o β-hidroxibutirato bajo condiciones de ayuno,
cuando la glucosa no está disponible.
(b) ¿En que condiciones se sintetizan los cuerpos cetónicos y por qué se dice que son formas solubles de
acetil-CoA?
La disponibilidad de oxaloacetato determina si acetil CoA, en las mitocondrias de hígado entra al ciclo
del ácido cítrico. Bajo algunas condiciones (por ejemplo el ayuno) el OA fluye para sintetizar glucosa.
Cuando la [OA] es muy baja, entra muy poca acetil CoA al ciclo, y se favorece la formación de cuerpos
cetónicos. La producción y exportación de cuerpos cetónicos del hígado a los tejidos extrahepáticos
permite la oxidación continua de ácidos grasos en el hígado cuando la acetil CoA no se está oxidando vía
el ciclo de Krebs. La sobreproducción de cuerpos cetónicos puede ocurrir en condiciones de severa
inanición y en la diabetes descontrolada.
El primer paso en la formación de acetoacetato en el hígado, es la condensación enzimática de dos
moléculas de acetil CoA, catalizada por tiolasa, lo cual es simplemente la reversa del último paso de la βoxidación.
2 acetil CoA ßà acetoacetil CoA + CoA-SH
El acetoacetil, se condensa con AcCoA para formar β-hidroxi-β-metilglutaril-CoA (HMG-CoA) (catalizado
por HMG CoA sintasa), el cual se rompe en acetoacetato libre y acetil CoA.
Acetoacetil CoA + acetil CoA + H2O ßà HMG CoA + CoA
HMG CoA à AcCoA + acetoacetato
El acetoacetato libre se reduce reversiblemente por la enzima mitocondrial D-β-hidroxibutirato
deshidrogenasa a D-β-hidroxibutirato.
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Acetoacetato + NADH + H+ ßà D-β-OH butirato
El acetoacetato también puede descarboxilarse a acetona por medio de la acetoacetato descarboxilasa.
Acetoacetato à acetona + CO2
Debido a que la diabetes no tratada producen grandes cantidades de acetoacetato, su sangre contiene
cantidades significativas de acetona, la cual es tóxica. La acetona es volátil e imparte un olor característico
a la respiración, lo cual, algunas veces es útil en el diagnóstico de la severidad de la enfermedad.
(c) ¿Cuál es su función fisiológica y cuáles enzimas están involucradas en su utilización en los tejidos
periféricos?
En los tejidos extrahepáticos, el D-β-hidroxibutirato es oxidado a acetoacetato, por D-β-hidroxibutirato
deshidrogenasa.
D-β-OH butirato +NAD+ßà Acetoacetato + NADH + H+
El acetoacetato es activado para formar su CoA éster por la transferencia de CoA derivada de succinil
CoA, en una reacción catalizada por β-cetoacil-CoA transferasa. el acetoacetil CoA es roto por tiolasa
para producir dos moléculas de acetil CoA, las cuales entran al ciclo de Krebs.
Acetoacetato + succinil CoA à acetoacetil CoA + succinato
acetoacetil CoA + CoA à 2 acetil CoA
(c) ¿Cuál es la consecuencia de que el hígado carezca de la enzima transferasa de CoA?
De que el hígado no puede usar los cuerpos cetónicos que produce como combustible y de esta manera
los exporta.
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12B. SÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS
1. (a) Describa la reacción catalizada por la enzima acetil CoA carboxilasa ¿cuántas subunidades tiene
esta proteína y cuál es el papel de la biotina?
Es la formación irreversible de malonil CoA a partir de acetil CoA. Tiene tres regiones funcionales: la
proteína acarreadora de biotina; la biotina carboxilasa (la cual activa el CO2 uniéndolo al nitrógeno en el
anillo de biotina en una reacción dependiente de ATP), y la transcarboxilasa (la cual transfiere el CO2
activado de la biotina a la acetil CoA produciendo malonil CoA).
La biotina es el grupo prostético, la cual está unida covalentemente en un enlace amida al grupo ε-amino
de un residuo de lisina de la proteína acarreadora de biotina. La reacción de dos pasos es muy similar a
otras reacciones de carboxilación dependientes de biotina. El grupo carboxilo, derivado del
bicarbonato, es transferido primero a la biotina en una reacción dependiente de ATP.
El grupo biotinil sirve como un acarreador temporal de CO2, transfiriéndolo a acetil CoA en el segundo paso
para producir malonil CoA. La acetil CoA carboxilasa de las bacterias tiene tres subunidades polipeptídicas
separadas. En las plantas y en los animales, las tres actividades son parte de un polipéptido
multifuncional.
Enzima-biotina + HCO3- + ATP à Enzima-biotina-CO2 + ADP + Pi
Enzima-biotina-CO2 + acetil-CoA à malonil CoA + Enzima-biotina
(b) ¿Qué otras enzimas requieren de biotina?
Piruvato carboxilasa y propionil CoA carboxilasa.
(c) ¿Cómo se regula la acetil CoA carboxilasa; cuál es el efecto de palmitoil-CoA, citrato, glucagon,
epinefrina, AMP e insulina? ¿Cuál es la relación entre la forma filamentosa y protomérica de esta enzima
con su actividad?
El exceso de combustible es convertido a ácidos grasos y almacenado en forma triglicéridos. La reacción
catalizada por acetil CoA carboxilasa es el paso limitante en la biosíntesis de los ácidos grasos, y es un
sitio importante de regulación.
En los vertebrados, el palmitoil CoA, el producto principal de la síntesis de ácidos grasos, actúa como un
inhibidor de retroalimentación de la enzima, y el citrato es un activador alostérico. Cuando hay un
aumento de la concentración de acetil CoA mitocondrial y de ATP, el citrato es transportado fuera de la
mitocondria y se convierte en un precursor de acetil CoA citosólica y en una señal alostérica para la acetil
CoA carboxilasa. El palmitoil CoA también inhibe a la traslocasa que exporta citrato al citosol así como a
la glucosa 6 fosfato deshidrogenasa de la vía de las pentosas.
La acetil CoA carboxilasa se regula también por alteración covalente. La fosforilación disparada por las
hormonas glucagon y epinefrina la inactivan y de esta manera disminuye la síntesis de ácidos grasos.
Estas hormonas activan a la proteína cinasa A, la cual fosforila a la enzima. El AMP también inactiva a la
enzima por medio de una fosforilación, solo que esta es mediada por una cinasa de proteínas dependiente
de AMP (independiente de AMPc) e inhibida por ATP.
El grupo fosfato sobre la carboxilasa inhibida es removido por la proteína fosfatasa 2A. Se piensa que la
insulina activa a la acetil CoA carboxilasa al estimular a esta proteína fosfatasa. En su estado
desfosforilado (activo), la acetil CoA carboxilasa se polimeriza en filamentos largos, la fosforilación se
acompaña por la disociación en subunidades monoméricas y en pérdida de la actividad.
La enzima de las plantas y bacterias no se regula por citrato o por ciclos de fosforilación-desfosforilación.
La enzima de las plantas es activada por un aumenta del pH del estroma y de la [Mg+2], los cuales
ocurren por la iluminación de las plantas. Las bacterias no usan triglicéridos como almacén de energía,
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sino que su papel primario es proporcionar precursores para la síntesis de lípidos de membrana, y la
regulación de este proceso es compleja, involucrando ciertos nucleótidos de guanina que coordinan el
crecimiento con la formación de las membranas.
(d) Describa como se regulan las enzimas que producen acetil CoA: piruvato deshidrogenasa y citrato
liasa y que por lo tanto están involucradas en la síntesis de ácidos grasos.
Ambas enzimas son activadas por insulina, a través de una cascada de fosforilación. La insulina y el
glucagon son liberados en respuesta a la concentración de glucosa circulante. Si la síntesis de
ácidos grasos y la β-oxidación ocurrieran simultáneamente, los dos procesos constituirían ciclos inútiles en
donde se desperdiciaría la energía. Ya vimos anteriormente que la β-oxidación es bloqueada por malonil
CoA, que inhibe la carnitina aciltransferasa I. Por lo tanto, durante la síntesis de ácidos grasos, el
malonil CoA inhibe la β-oxidación al nivel del sistema de transporte en la membrana interna mitocondrial.
2. (a) Describa al complejo de la sintasa de ácidos grasos.
El complejo de E. coli tiene siete sitios activos diferentes, son siete cadena polipeptídicas diferentes que
están fuertemente asociadas en un complejo único y organizado. Esta misma organización se presenta en
el complejo de las plantas.
Las proteínas actúan juntas para catalizar la formación de ácidos grasos a partir de acetil CoA y de malonil
CoA. A través de todo el proceso los intermediarios permanecen covalentemente unidos a uno de los tioles
del complejo. Un punto de unión es el grupo SH del residuo de Cis en una de las siete proteínas (βcetoacil-ACP sintasa); el otro es el grupo SH de la proteína acarreadora de acilos, con la cual el
intermediario acilo de la síntesis de ácidos grasos a partir de un tioéster.
Las sintasas de ácidos grasos de las levaduras y de los vertebrados son también un complejo
multienzimático, pero su integración es aún mas completa que el de E. coli y plantas. En las levaduras, las
siete diferentes actividades residen solo en dos grandes polipéptidos multifuncionales y en los
vertebrados en un solo polipéptido (240,000) que contiene todas las actividades enzimáticas así como
una actividad hidrolítica que rompe el ácido graso de la parte parecida a ACP del complejo enzimático.
La forma activa de esta proteína multifuncional es un dímero (PM 480,000).
PROTEÍNAS DEL COMPLEJO DE LA SINTASA DE ÁCIDOS GRASOS
PROTEÍNA
PAPEL
Proteína acarreadora de acilos (ACP)
Acarrea grupos acilo en un enlace tioéster
Acetil-CoA-ACP transacetilasa (AT)
Transfiere grupos acilo de CoA al residuo cisteína de KS
Malonil-CoA-ACP transferasa (MT)
Transfiere grupos malonilo de CoA a ACP
Condensa grupos acilo y malonilo
β-cetoacil-ACP sintasa (KS)
β-cetoacil-ACP reductasa (KR)
Reduce un grupo β-ceto a un grupo β-OH
β-hidroxiacil-ACP deshidratasa (HD)
Remueve H2O de β-hidroxiacil-ACP, produciendo un doble
enlace.
Enoil-ACP reductasa (ER)
Reduce un doble enlace, formando acil-ACP saturada.
(b) ¿Cuáles son las reacciones que se repiten cíclicamente en la síntesis de ácidos grasos?
1. condensación (β-cetoacil-ACP sintasa, KS), acetil CoA + malonil CoA à CO2 + β-ceto
2. reducción (β-cetoacil-ACP reductasa KR), β-ceto + NADPH + H à β-OH+ NADP+
3. deshidratación (β-hidroxiacil-ACP deshidratasa, HD) y β-OH à H2O à trans doble enlace
4. reducción (Enoil-ACP reductasa, ER). Trans doble enlace + NADPH + H+ à sat + NADP+
(c) ¿Cuál es grupo prostético de la proteína acarreadora de acilos y en que otra coenzima está presente?
La proteína acarreadora de acilos es una proteína pequeña (PM 8,860) que tiene un grupo prostético
llamado 4’ fosfopanteteína, un intermediario en la síntesis de coenzima A. El tioéster que enlaza ACP al
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grupo acilo graso tiene una alta energía libre de hidrólisis, y la energía liberada cuando se hidroliza este
enlace ayuda a hacer la primera reacción de la síntesis de ácidos grasos, la condensación,
termodinámicamente favorable.
Se piensa que el grupo prostético 4’ fosfopanteteína de ACP sirve como un brazo flexible, atando la cadena
creciente de acilo graso a la superficie del complejo de la sintasa de ácidos grasos y llevando los
intermediarios de la reacción de un sitio activo de la enzima al siguiente.
(d) ¿A partir de que extremo crece la cadena de ácidos grasos y de que moléculas provienen los carbonos
del ácido graso?
La cadena crece a partir del extremo metilo (en contra de la β-oxidación que empieza del extremo
carboxilo). En última instancia, todos los carbonos provienen de AcCoA, debido a que malonil CoA se
sintetiza a partir de AcCoA. Los carbones 15 y 16 provienen directamente de Ac CoA y los carbones 1-14
provienen directamente de malonil CoA.
3. (a) ¿Cómo se transporta AcCoA de la mitocondria al citosol para la síntesis de ácidos grasos, qué
reacción cataliza la enzima citrato liasa y en que parte de la célula se lleva a cabo, y qué reacción cataliza
la enzima malato deshidrogenasa citosólica?
La síntesis de ácidos grasos en los mamíferos se lleva a cabo exclusivamente en el citosol (la sintasa de
ácidos grasos está presente en el citosol, así como las enzimas de la síntesis de nucleótidos y
aminoácidos).
En los hepatocitos, el cociente [NADPH]/[NADP+] es muy elevado (aprox. 75) proporcionando un ambiente
reductor potente para la síntesis reductora de ácidos grasos y otras biomoléculas. Debido a que el cociente
citosólico [NADH]/[NAD+] es mucho menor (aprox. 8x10-4), el catabolismo oxidativo de la glucosa
dependiente de NAD+ puede ocurrir en el mismo compartimiento, al mismo tiempo que la síntesis de ácidos
grasos. En la matriz mitocondrial el cociente [NADH]/[NAD+] es mucho mas alto, lo que favorece la
reducción del oxígeno.
En los eucariontes no fotosintéticos, casi toda la AcCoA usada en la síntesis de ácidos grasos se forma
dentro de la mitocondria a partir de la oxidación de piruvato y del catabolismo del esqueleto de carbonos de
los aminoácidos. La acetil CoA que proviene de la oxidación de ácidos grasos no representa una fuente
significativa de acetil CoA para la biosíntesis de ácidos grasos en animales debido a que las dos vías se
regulan recíprocamente.
Debido a que la membrana interna mitocondrial es impermeable a acetil CoA, un sistema indirecto
transfiere los grupos acetilo equivalente a través de la membrana interna.
La acetil CoA intramitocondrial reacciona primero con oxaloacetato para formar citrato, en la reacción del
ciclo de Krebs catalizada por citrato sintasa. El citrato pasa entonces al citosol a través del transportador
de tricarboxilato de la membrana interna mitocondrial.
En el citosol, el citrato se rompe por medio de la citrato liasa, lo cual regenera a acetil CoA. Esta reacción
es impulsada por la hidrólisis del ATP. El OA no puede retornar a la matriz mitocondrial directamente, pues
no hay un sistema de transporte para él.
El OA es reducido a malato por la malato deshidrogenasa citosólica. El malato regresa a la matriz
mitocondrial por el transportador malato-α-cetoglutarato en intercambio por citrato, y es reoxidado a OA
para completar el ciclo. De una manera alternativa, el malato producido en el citosol, es usado para
producir NADPH a través de la actividad de la enzima málica. El piruvato, producto de la reacci+ón
anterior, reingresa a la mitocondria.
Las plantas tienen otra forma de producir acetil CoA para la síntesis de ácidos grasos. Por medio de una
isoenzima de piruvato deshidrogenasa que se localiza en el estroma.
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(b) ¿De dónde proviene el NADPH para la síntesis de ácidos grasos?
De la reacción de la enzima málica y de la vía de las pentosas. Ambas ocurren en citosol.
(c) ¿Qué reacción cataliza la enzima málica y cuál es su localización subcelular?
Malato + NADP+ à piruvato + NADPH + H+ + CO2
En adipocitos, el NADPH citosólico es generado por la vía de las pentosas y por la enzima málica. El
piruvato producido en esta reacción regresa a la mitocondria.
En los hepatocitos y en la glándula mamaria de los animales que están amamantando, el NADPH
requerido para la biosíntesis de ácidos grasos es proporcionado principalmente por las reacciones de la
vía de las pentosas.
(d) ¿Cuál es la ecuación balanceada para la síntesis de palmitato a partir de acetil CoA?
Puede dividirse en dos partes: Primero, la formación de 7 moléculas de malonil CoA
7 acetil CoA + 7 CO2 + 7 ATP à 7 malonil CoA + 7 ADP + 7 Pi
Segundo, los siete ciclos de condensación y reducción
AcCoA + 7 malonil CoA + 14 NADPH + 14H+ à palmitato + 7CO2 + 8CoA + 14 NADP+ + 6H2O
La suma de ambas reacciones es:
7 acetil CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 14H+à palmitato + 8CoA + 6H2O + 7ADP + 7Pi + 14 NADP+
(e) OPCIONAL ¿Cómo se sintetizan los ácidos grasos de mas de 16 átomos de carbono a partir de
palmitato?
El palmitato puede elongarse para formar estearato (18:0) o aún ácidos grasos saturados mas
largos por adiciones de grupos acetilo, a través de sistemas de elongación de ácidos grasos presentes
en el retículo endoplásmico liso y en la mitocondria.
El sistema de elongación más activo del retículo endoplásmico extiende la cadena de 16 carbonos
de palmitoil CoA en dos carbonos, formando estearoil CoA.
Aunque están involucrados diferentes sistemas de enzimas, y la coenzima A, y no ACP, es el
acarreador de acilos involucrado directamente en la reacción, el mecanismo de elongación es idéntico al
empleado en la síntesis de palmitato: donación de dos carbonos por malonil CoA, seguido por reducción,
deshidratación, y reducción al producto de 18 átomos de carbono saturado estearoil CoA.
(f) OPCIONAL ¿Cómo se introducen las dobles ligaduras a los ácidos grasos saturados?
El palmitato y el estearato son los precursores de los dos ácidos grasos monoinsaturados mas
comunes de los tejidos animales: palmitoleato, 16:1(Δ9), y oleato, 18:1(Δ9). Cada uno de éstos ácidos
grasos tiene un doble enlace sencillo cis en posición Δ9 (entre los C-9 y C-10).
El doble enlaces es introducido en la cadena de ácidos grasos por una reacción oxidativa catalizada
por acilo graso - CoA desaturasa. Esta enzima es un ejemplo de oxidasa de función mixta.
Dos sustratos diferentes, el ácido graso y el NADPH sufren simultáneamente oxidaciones de 2
electrones. La vía del flujo de electrones incluye un citocromo (cit b5) y una flavoproteína (cit b5 reductasa),
las cuales, como la acilo graso CoA desaturasa, están presentes en el retículo endoplásmico liso.
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Los hepatocitos de los mamíferos pueden introducir rápidamente dobles enlaces en la posición Δ9
de los ácidos grasos pero no pueden introducir dobles enlaces adicionales en las cadenas de ácidos grasos
entre el C-10 y el extremo metilo.
Los mamíferos no pueden sintetizar el linoleato 18:2(Δ9,12) y α-linolenato, 18:3 (Δ9,12,15), pero sí las
plantas. Las enzimas que introducen estos dobles enlaces se localizan en el retículo endoplásmico y no
actúan sobre AG sino sobre fosfatidilcolina, que tiene al menos un oleato.
Estos compuestos se consideran AG esenciales para los mamíferos, porque deben ser obtenidos de
las plantas en la dieta.
Una vez ingerido, el linoleato puede ser convertido en otros ácidos poliinsaturados, principalmente γlinolenato, eicosatrienoato, y eicosatetranoato (araquidonato), los cuales pueden formarse solo de linoleato.
El araquidonato, 20:4 (Δ5,8,11,14), es un precursor esencial de los eicosanoides.
11
4 (a) ¿Cuáles son las diferencias entre la síntesis y la degradación de los ácidos grasos?
DEGRADACIÓN
SÍNTESIS
Localización intracelular
Intermediarios
Molécula a que se unen los intermediarios
Asociación de enzimas
Matriz mitocondrial
acetil CoA
coenzima A
No están asociadas
Coenzimas de óxido-reducción
Dirección del proceso
Hidratación/deshidratación
Configuración del intermediario β-OH
Dependencia de bicarbonato
Estado energético que favorece el proceso
Activación por citrato
Inhibición por acil CoA
Mayor actividad de la vía
NAD+ y FAD
COOH a metilo
hidratación
L
no
ADP alto
No
No
ayuno
Citosol
acetil CoA, malonil CoA
proteína acarreadora de acilos
unidas en una sola cadena
(mamíferos)
NADPH
metilo a COOH
deshidratación
D
sí
ATP alto
Si
Si
alimentación por carbohidratos
5. Problemas 1,2 y 3,
6. Problemas 7 y 8 Cap 20.
12
13. BIOSÍNTESIS DE OTROS LÍPIDOS
1. (a) ¿Cuál es la función biológica de los triglicéridos y qué cantidad se ellos puede contener un hombre
de 70 kg.?
Los animales pueden sintetizar y almacenar grandes cantidades de triglicéridos para usarse después
como combustible.
En los humanos solo se pueden almacenar unos pocos cientos de gramos de glucógeno en hígado y en
músculo, para suplir las necesidades energéticas del cuerpo por unas doce horas. Por el contrario, la
cantidad total de triglicéridos almacenados en un hombre de 70 kg. de peso es de 15 kg., suficiente para
suplir sus necesidades de energía por 12 semanas.
Cuando se ingieren carbohidratos en exceso a su capacidad de almacenar glucógeno, se convierten en
triglicéridos y se almacenan en el tejido adiposo. Las plantas también fabrican triglicéridos como
combustible rico en energía, almacenados especialmente en frutas, nueces y semillas.
(b) ¿Cuáles son los precursores y cómo se inicia la síntesis de triglicéridos, cómo se llama el complejo
de enzimas que participa en este proceso y cuál es su localización intracelular?
Los ácidos grasos activados (acilo graso CoA) y L-glicerol 3 P. El glicerol 3-fosfato se puede formar de dos
maneras.
Se debe recordar que el tejido adiposo carece de la enzima glicerol cinasa, la cual puede producir glicerol 3
fosfato directamente por fosforilación del glicerol. Por lo tanto, en este tejido, el glicerol 3 fosfato debe
provenir de la reducción de dihidroxiacetona fosfato (la cual proviene de la glucosa vía glicólisis). Esta
reacción es catalizada por la enzima glicerol 3-fosfato deshidrogenasa.
Por el contrario, en hígado y riñón se forma por la fosforilación de glicerol por la acción de la enzima
glicerol cinasa. Los otros precursores de los triglicéridos son los acilo graso CoA, formados de los ácidos
grasos por acil CoA sintetasas, las mismas enzimas responsables de la activación de los ácidos grasos
para la β-oxidación.
En primer lugar, el glicerol 3 fosfato es acilado por graso acil CoA para formar lisofosfatidato, el cual es
acilado nuevamente por acilo graso CoA para producir fosfatidato. Estas reacciones de acilación se llevan
a cabo en los grupos OH libres.
Estas acilaciones son catalizadas por glicerol fosfato aciltransferasa. En la mayoría de los fosfatidatos, la
cadena acilo graso unida a C1 es saturada, mientras que la unida a C2 es insaturada.
El fosfatidato (diacilglicerol 3-fosfato) es un intermediario común en la síntesis de fosfoglicéridos y
triglicéridos.
Las vías divergen en fosfatidato. En la síntesis de triglicéridos, el fosfatidato es hidrolizado por una
fosfatasa específica (fosfatidato fosfatasa) para producir diacilglicerol. Este intermediario es acilado a
triglicéridos en una reacción que es catalizada por diacilglicerol aciltransferasa. Estas enzimas están
asociadas en el complejo de la sintasa de triglicéridos que está unido a la membrana del retículo
endoplásmico.
(c) Explique cómo se regula hormonalmente la síntesis de triglicéridos en los animales.
En los humanos, la cantidad de grasa corporal permanece relativamente constante por largos períodos,
aunque puede haber pequeños cambios a corto plazo con las fluctuaciones de la ingesta de calorías. Sin
embargo, si se ingieren carbohidratos, grasas y proteínas en exceso a las necesidades energéticas, el
exceso se almacena en forma de triglicéridos. La grasa almacenada de esta manera puede ser usada para
suplir las necesidades energéticas durante los períodos de ayuno.
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La biosíntesis y degradación de los triglicéridos está regulada recíprocamente. La vía favorecida depende
de las reservas metabólicas así como de las necesidades del momento. La biosíntesis de los triglicéridos
está profundamente alterada por la acción de varias hormonas.
La insulina, por ejemplo, promueve la conversión de carbohidratos a triglicéridos. Las personas con
diabetes mellitus, debido a la alteración de la secreción o de la acción de insulina, no solo son incapaces de
usar glucosa adecuadamente, sino que también son incapaces de sintetizar ácidos grasos a partir de
carbohidratos o aminoácidos.
Estos pacientes se caracterizan por un aumento en la velocidad de oxidación de los ácidos grasos y en la
formación de cuerpos cetónicos. Cómo consecuencia pierden peso, el metabolismo de los triglicéridos
también está influenciado por el glucagon, la hormona de crecimiento de la pituitaria y por las hormonas
de la corteza adrenal.
2. (a) Mencione los pasos generales en las síntesis de los fosfolípidos de membrana, el sitio
intracelular en dónde este proceso se lleva a cabo y las dos estrategias para unir las cabezas polares.
Los principales fosfolípidos de membrana son los glicerofosfolípidos y los esfingolípidos. El ensamblaje
de estas moléculas a partir de precursores sencillos requiere:
(1) síntesis de la molécula esqueleto (glicerol o esfingosina).
(2) adición de ácidos grasos a este esqueleto, en enlace éster o amida.
(3) adición de una cabeza hidrofílica, unida al esqueleto a través de un enlace fosfodiéster; y en algunos
casos,
(4) alteración o intercambio de la cabeza polar para producir el fosfolípido final.
En las células eucarióticas, la síntesis de fosfolípidos se lleva a cabo principalmente en la superficie
del retículo endoplásmico liso. Algunos de ellos se quedan en esa membrana y otros son dirigidos a
otros destinos celulares.
Las dos estrategias para unir la cabeza polar son las siguientes:
1) El CDP-diacilglicerol (diacilglicerol activado) reacciona con la cabeza polar. Esta estrategia se usa
en las bacterias.
2) El 1,2 diacil glicerol reacciona con la cabeza polar activada (e.g. CDP-colina). En ambos caos, el CMP
es desplazado en el ataque nucleofílico del grupo OH. Los eucariontes usan ambas estrategias.
(b) ¿Cómo se sintetiza el CDP-diacilglicerol, qué impulsa hacia adelante su síntesis, y qué otras
reacciones son impulsadas de esta manera?
Se sintetiza a partir de fosfatidato (cuya síntesis ya se vio en el punto anterior) y CTP.
Fosfatidato + CTP à CDP-diacilglicerol + PPi
Lo impulsa la hidrólisis del PPi que se produce en la reacción. Otras reacciones que son impulsadas de
esta manera son:
la síntesis de UDP Glucosa a partir de G1P + UTP (UDP glucosa pirofosforilasa),
la síntesis de AMPc a partir de ATP (adenilato ciclasa),
la síntesis de acilo graso CoA a partir de ácido graso y CoA (acil CoA sintetasa o tiocinasa),
la síntesis de arginosuccinato a partir de citrulina mas aspartato (arginosuccinato sintetasa),
la síntesis de D-metilmalonil CoA a partir de propionil CoA (propionil CoA carboxilasa), durante la
oxidación de los AG de cadena impar y de aa que produce succinil CoA (Met, Val, Ile).
la síntesis de fosfoenolpiruvato a partir de piruvato (piruvato fosfato dicinasa) en las células del mesófilo
de las plantas C4. Piruvato + ATP + Pi à PEP + PPi + AMP.
la síntesis de GMP (guanilato) a partir de XMP (xantilato) (XMP glutamina amidotransferasa), en la síntesis
de las purinas
la síntesis de 5 fosforribosil 1 amina a partir de PRPP + Gln (amidofosforribosil transferasa) en la síntesis
de las purinas.
la síntesis de orotidilato a partir de orotato y PRPP (orotato fosforribosil transferasa) en la síntesis de las
pirimidinas.
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la síntesis de CDP-colina a partir de fosfocolina + CTP (CTP colina citidil transferasa), en la síntesis de
fosfatidilcolina en los mamíferos.
la síntesis de geranil pirofosfato, farnesil pirofosfato y escualeno, intermediarios de la síntesis de
colesterol (etapa 3).
la síntesis de ribonucleótidos de purina por la vía de salvamento a partir de la purina + PRPP (adenina e
hipoxantina-guanina fosforribosil transferasa).
la síntesis de nicotina ribonucleótido a partir de nicotinato y PRPP, en la síntesis de NAD+.
la síntesis de desamido-NAD+ a partir de nicotinato ribonucleótido, en la síntesis de NAD+.
La síntesis de flavina adenín dinucleótido a partir de riboflavina y ATP.
La inserción de una unidad de AMP a la enzima glutamina sintetasa (adenil transferasa).
La inserción de una unidad de UMP a la proteína regulatoria PA (uridil transferasa)
(c) ¿Cómo se sintetiza los fosfolípidos en E. coli?
La unidad activada de fosfatidilo (CDP-diacilglicerol), reacciona con el grupo OH de alcoholes polares. Si el
alcohol es serina, los productos son fosfatidilserina y CMP. Esta reacción es catalizada por
fosfatidilserina sintasa. El CMP es desplazado a través de un ataque nucleofílico por el grupo OH de la
serina.
El CMP también puede ser desplazado por el OH del C-1 del glicerol 3 fosfato para producir
fosfatidilglicerol 3 P, el cual es procesado por la ruptura del fosfato monoéster (con la liberación del Pi)
para producir fosfatidilglicerol.
Estos compuestos pueden servir como precursores de otros fosfolípidos en las bacterias. La
descarboxilación de la serina por fosfatidilserina descarboxilasa, produce fosfatidiletanolamina.
La condensación de dos moléculas de fosfatidilglicerol, con la eliminación de glicerol, produce cardiolipina,
en la cual dos diacilgliceroles están unidos a través de una cabeza común.
(d) ¿Cómo se sintetizan los fosfolípidos ácidos en los eucariontes?
El fosfatidilglicerol, cardiolipina y los fosfatidilinositoles se sintetizan por la misma estrategia usada para la
síntesis de fosfolípidos en las bacterias.
La síntesis de fosfatidilglicerol se hace exactamente de la misma manera.
La síntesis de cardiolipina difiere ligeramente, el fosfatidilglicerol se condensa con CDP-diacilglicerol,
no con otra molécula de fosfatidilglicerol como en E. coli.
De igual manera, el fosfatidilinositol se forma por la transferencia de una unidad de diacilglicerolfosfato
del CDP-diacilglicerol a inositol, reacción catalizada por fosfatidilinositol sintasa (condensación de CDPdiacilglicerol con inositol). Las fosforilaciones subsecuentes catalizadas por cinasas específicas conducen a
la síntesis de fosfatidilinositol 4,5 bifosfato, una molécula clave en la transducción de señales.
Los estímulos hormonales y sensoriales activan la fosfolipasa C, una enzima que hidroliza este fosfolípido
en dos mensajeros intracelulares: diacilglicerol e inositol 1,4,5 trifosfato.
(e) ¿A partir de qué fosfolípido se puede sintetizar fosfatidiletanolamina y fosfatidilcolina en las
bacterias y levaduras y qué papel juega la S-adenosilmetionina en la síntesis de fosfatidilcolina?
La fosfatidilserina se puede producir, como ya se vio antes, por la condensación de CDP-diacilglicerol y
serina. La descarboxilación de fosfatidilserina por una enzima dependiente de piridoxal (fosfatidilserina
descarboxilasa) produce fosfatidiletanolamina. El grupo amino de este fosfoglicérido es metilado tres
veces por la enzima metiltransferasa para formar fosfatidilcolina (lecitina). La S-adenosilmetionina es
el donador de los grupos metilo en esta, y en muchas otras metilaciones.
Otra vía alterna para sintetizar fosfatidiletanolamina a partir de fosfatidilserina es el desplazamiento de la
serina libre por etanolamina por la enzima fosfatidiletanolamina serina transferasa.
3. (a) Describa una vía alterna en los mamíferos para la síntesis de fosfatidilcolina (lecitina) que se inicia
con colina y mencione cuáles son las especies activadas. ¿Cómo están interrelacionadas las vías de
síntesis de fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina y fosfatidilcolina en los eucariontes?
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La colina se obtiene de la dieta. La colina es fosforilada por ATP a fosforilcolina, (enzima colina cinasa)
la cual reacciona entonces con CTP para formar CDP-colina (enzima CDP colina citidiltransferasa). La
unidad fosforilcolina de CDP colina es transferido entonces a diacilglicerol para formar fosfatidilcolina
(enzima CDP colina diacilglicerol fosfocolina transferasa).
Colina + ATP à fosfocolina + ADP (colina cinasa)
Fosfocolina + CTP à CDP-colina + PPi (CTP colina citidil transferasa)
CDP-colina + diacilglicerol à fosfatidilcolina + CMP (CDP colina DG fosfocolina transferasa)
Existe otra forma de sintetizar fosfatidilcolina en el hígado de los mamíferos y es la siguiente: la
etanolamina de la dieta se puede salvar reaccionando con CTP para dar CDP-etanolamina, la reacción
subsecuente de este compuesto con diacilglicerol produce fosfatidiletanolamina, la cual es metilada por
S-adenosilmetionina en tres ocasiones. La secuencia de reacciones anteriores produce fosfatidilcolina.
En todos los otros tejidos, la fosfatidilcolina solo es producida por la condensación de diacilglicerol y
CDP-colina.
(b) ¿Cómo se sintetizan los plasmalógenos y los alquil-acil-glicerofosfolípidos (otros dos tipos de
glicerofosfolípidos)?
Algunos animales y organismos unicelulares son ricos en lípidos éter, en los cuales una de las dos
cadenas acilo está unida al glicerol en enlace éter y no éster.
Las cadenas unidas por enlace éter pueden estar saturadas, como en los alquil-acil-glicerofosfolípidos, o
puede contener un doble enlace entre los C-1 y C-2, como en los plasmalógenos.
El corazón de los vertebrados está especialmente enriquecido de lípidos éter; aproximadamente la mitad de
los lípidos del corazón son lípidos éter.
Las membranas de las bacterias halofílicas, de los protistas ciliados, y de ciertos invertebrados, también
contienen una alta proporción de lípidos éter. Su significado funcional en estas membranas es
desconocidos; quizá confieran resistencia a las fosfolipasas que rompen los ácidos grasos unidos en
enlace éster.
Aproximadamente un 20% de los glicerofosfolípidos de los mamíferos son plasmalógenos. El porcentaje
exacto varía de especie a especie y de tejido a tejido en una organismo dado. Mientras que los
plasmalógenos comprenden solamente el 0.8% de los fosfolípidos en el hígado de humanos, representan el
23% en el tejido nervioso de humanos.
Los alquil-acil-glicerofosfolípidos son menos abundantes que los plasmalógenos; por ejemplo, de todo el
glicero fosfosfolípido etanolamina contenido en el corazón de humanos, el 59% son plasmalógenos y el
3.6% son alquil-acil-glicerofosfolípidos. Sin embargo, de todo el glicero fosfolípido etanolamina de los
eritrocitos de bovino, el 75% son del tipo alquil-acilo.
Al menos un lípido éter, el factor activador de plaquetas, es una hormona importante. Se libera de los
basófilos y estimula la agregación de plaquetas y la liberación de serotonina de las plaquetas. Ejerce una
variedad de efectos sobre el hígado, músculo liso, corazón, útero y pulmón y juega un papel importante en
la respuesta inflamatoria y alérgica.
Los pasos en la síntesis de éstos compuestos son los siguientes:
1. Síntesis de 1 acil dihidroxiacetona 3 fosfato
acil CoA +DHAP à 1 acil dihidroxiacetona 3 fosfato + CoA-SH
2. Intercambio del grupo acilo de 1 acil dihidroxiacetona 3 fosfato por un alcohol
1 acil dihidroxiacetona 3 fosfato + alcohol à 1 alquil dihidroxiacetona 3 fosfato + R-COOH
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3. Reducción de la cetona a 1 alquil glicerol 3 fosfato
1 alquil dihidroxiacetona 3 fosfato + NADPH + H+ à 1 alquil glicerol 3 fosfato + NADP+
4. Acilación de C2-OH producido en el paso anterior por acil CoA.
1 alquil glicerol 3 fosfato + acil CoA à 1 alquil 2 acilglicerol 3 fosfato + CoA SH
5. Hidrólisis del grupo fosforilo para producir 1 alquil 2 acilglicerol
1 alquil 2 acilglicerol 3 fosfato + H2O à 1 alquil 2 acilglicerol + Pi
6. Ataque del nuevo grupo OH por CDP-etanolamina.
1 alquil 2 acilglicerol + CDP etanolamina à 1 alquil 2 acil glicerofosfoetanolamina + CMP
7. Introducción de un doble enlace en el grupo alquilo para formar plasmalógenos por una desaturasa que
tiene los mismos requerimientos de cofactores como la desaturasa de ácidos grasos.
1 alquil 2 acil glicerofosfoetanolamina + O2 + NADH + H+ à plasmalógeno etanolamina + NAD+ + 2H2O.
(c) ¿Cuáles son las actividades biológicas de las fosfolipasas, cuáles se han aislado y cuál es su
especificidad?
Las fosfolipasas tienen dos papeles principales. Muchas de ellas son enzimas digestivas que están
presentes en alta concentración en los jugos intestinales, secreciones bacterianas y venenos. Las
fosfolipasas también generan moléculas señal altamente activas o sus precursores inmediatos. P.e.
la fosfolipasa A2 libera araquidonato, un precursor de prostaglandinas, leucotrienos y tromboxanos y la
fosfolipasa C libera dos mensajeros en la cascada de fosofinosítidos (diacilglicerol y fosfatidilinositol). Las
fosfolipasas están agrupadas de acuerdo a su especificidad.
Las fosfolipasas hidrolizan preferencialmente sustratos que están localizados en la bicapa de la membrana,
micelas o partículas de lipoproteínas.
Las enzimas que se han aislado son la A1, A2, C y D.
4. (a) ¿Cómo se sintetiza la unidad estructural básica de los esfingolípidos?
La unidad básica de los esfingolípidos se llama ceramida. El esqueleto de carbonos de los esfingolípidos
se llama esfingosina, y no glicerol, como en el caso de los triglicéridos.
El palmitoil CoA y la serina se condensan para formar dihidroesfinganina, la cual se convierte a
esfingosina por dos reacciones sucesivas: 1) una reducción de un grupo ceto a OH por NADPH y 2) una
oxidación, enlazada a FAD, de la cadena de átomos de carbono, para formar una doble ligadura.
Palmitoil CoA + serina à 3-ceto esfinganina + CO2
(sintasa de..)
3-ceto esfinganina + NADPH à esfinganina (dihidroesfingosina)+ NADP+
(reductasa de..)
esfinganina + acil-CoA à dihidroceramida (N-acil esfinganina) + CoA
(Acil CoA transferasa)
La enzima que cataliza la primera reacción requiere de piridoxal fosfato, un factor importante en el
metabolismo de aminoácidos. En todos los esfingolípidos, el grupo amino de la esfingosina está acilado:
un acil CoA de cadena larga reacciona con esfingosina para formar ceramida (N-acil-esfingosina). El
grupo OH terminal también está sustituido. En la esfingomielina el sustituyente es fosforilcolina, el cual
proviene de fosfatidilcolina. El cerebrósido se forma por la reacción de ceramida con UDP azúcar.
dihidroceramida + FAD + à ceramida (N-acilesfingosina) + FADH2
(reductasa de….)
ceramida + fosfatidilcolina à esfingomielina + diacilglicerol (
ceramida + UDP azúcar à cerebrósido + UDP
cerebrósido + azúcares activados à gangliósidos
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La esfingomielina se parece a la fosfatidilcolina en sus propiedades generales, en la estructura
tridimensional y en la ausencia de carga neta en su grupo polar. Las esfingomielinas están presentes en las
membranas plasmáticas de las células animales; la hoja de mielina que rodea y aísla los axones de las
neuronas mielinadas es una buena fuente de esfingomielinas.
(b) ¿Cómo se clasifican los glicoesfingolípidos (esfingolípidos cuya cabeza polar son carbohidratos?
Estos compuestos tienen 1 o mas azúcares en su cabeza polar, conectados directamente al OH del C-1.
NO CONTIENEN FOSFATO. Su clasificación es la siguiente:
1. cerebrósidos (monosacáridos de ceramida)
2. sulfátidos (sulfatos de nonosacárido ceramida)
3. globósidos (oligosacáridos neutros de ceramida)
4. gangliósidos (oligosacáridos ácidos de ceramida que contiene ácido siálico).
Este azúcar es N-acetilneuraminato o N-glicolilneuraminato. Estos azúcares ácidos se denominan
ácidos siálicos. Sus esqueletos de carbonos son sintetizados a partir de fosfoenolpiruvato (C3) y Nacetilmanosamina 6-fosfato (unidad C6).
cerebrósidos. Son los glicoesfingolípidos mas simples. El galactocerebrósido, que está en concentración
mas alta en las membranas de las células neuronales del cerebro, tiene un grupo β-D-galactosa. El
glucocerebrósido, que tiene en vez β-D-glucosa, está presente en las membranas de otros tejidos. El
glucocerebrósidos, aunque poco común, es precursor de globósidos y gangliósidos.
Los residuos de galactosa de algunos galactocerebrósidos están sulfatados en su posición C3 para formar
compuestos iónicos como los sulfátidos.
Los gangliósidos forman son los glicoesfingolípidos mas complejos. Se han caracterizado cerca de 60
gangliósidos. Los gangliósidos son componentes principales de las membranas de la superficie celular y
constituyen una fracción significativa de los lípidos del cerebro. También están presentes en otros tejidos
en menor proporción.
Los gangliósidos tiene un gran significado médico y fisiológico. Sus carbohidratos complejos, que se
extienden mas allá de la superficie de la membrana celular, actúan como receptores específicos para
ciertas hormonas de naturaleza glicoproteica de la pituitaria. También son receptores para toxinas
proteínicas bacterianas, como la toxina del cólera. Hay mucha evidencia de que los gangliósidos son
determinantes específicos del reconocimiento célula-célula, por lo que probablemente tengan un papel
importante en el crecimiento y diferenciación de los tejidos así como en la carcinogénesis.
Los esfingolípidos son los determinantes de los grupos sanguíneos A, B, y O en humanos. El
gangliósido GM1, el cual, indudablemente juega un papel valioso en las células animales que lo contienen,
es el punto de unión de la toxina del cólera en las membranas celulares.
Las alteraciones de la degradación de estos compuestos son responsables de varias enfermedades
hereditarias de almacenamiento de los esfingolípidos, como la enfermedad de Tay-Sachs.
Los gangliósidos son sintetizados por la adición ordenada, paso a paso, de unidades de azúcar a
ceramida. Los donadores activados de estos residuos de azúcar son UDP-glucosa, UDP-galactosa, UDPN-acetilgalactosamina, como el derivado CMP de N-acetilneuraminato. El CMP-N-acetilneuraminato es
sintetizado a partir de CTP y de N-acetilneuraminato.
La estructura de los gangliósidos resultantes está determinada por la especificidad de las
glucosiltransferasas en la célula..
glucocerebrósido + UDP-Gal à lactosil ceramida + UDP
lactosil ceramida + CMP-NANA à GM3 + CMP
18
GM3 + UDPGalNAc à GM2 + UDP
GM2 + UDP-Gal à GM1 + UDP
lactosil ceramida + UDP-Gal à trihexosil-ceramida + UDP
trihexosil-ceramida + UDP-GalNac à globósido + UDP.
(c) ¿Cuál es la deficiencia enzimática en la enfermedad de Tay-Sachs?
Los gangliósidos se encuentran en alta concentración en el sistema nervioso, particularmente en la materia
gris, donde constituyen el 6% de los lípidos. Los gangliósidos son degradados dentro de los lisosomas
por la remoción secuencial de sus azúcares terminales. Las alteraciones de la degradación de los
gangliósidos pueden tener serias consecuencias clínicas.
En la enfermedad de Tay-Sachs, los síntomas son evidentes, generalmente, antes de que el afectado
cumpla un año. La debilidad y el retardo psicomotor son síntomas típicos. A la edad de dos años el niño
con este problema se queda ciego y con daño mental irreversible y, usualmente muere antes de los tres
años.
El contenido de gangliósidos en el cerebro de una persona afectada de Tay-Sachs es muy elevado. La
concentración del gangliósido GM2 es muchas veces mayor que lo normal, debido a que sus residuos
terminales de N-acetilgalactosamina no son removidos o son removidos muy lentamente, debido a que la
β-N-acetilhexosaminidasa específica, la enzima que cataliza esta reacción, está ausente o deficiente.
La frecuencia de esta enfermedad es rara en la población abierta (1 en 300,000 nacimientos), pero tiene
una incidencia muy alta (1 en 3,600 nacimientos) en los judíos Askenazi (cuyo origen es el Este de
Europa), quienes forman mas del 90% de la población judía de Estados Unidos.
Uno de cada 28 judíos Askenazi lleva el gen defectuoso en forma recesiva, lo que significa que cuando
ambos padres son portadores, hay una probabilidad del 25% de que el hijo desarrolla la enfermedad de
Tay-Sachs.
Otras enfermedades
5. (a) ¿Cuál es el papel del colesterol en las membranas biológicas y de que hormonas es precursor?
Modula la fluidez de las membranas biológicas (se revisó en estructura de membranas) y es precursor
de las hormonas esteroides como progesterona, testosterona, estradiol, y cortisol.
(b) ¿Cuál es la importancia del colesterol, de dónde derivan sus átomos de carbono, cuáles son las etapas
en la síntesis de colesterol en que sitio de la célula se sintetiza?
El colesterol es, sin duda, el lípido natural al que se le ha hecho mas publicidad, debido a la fuerte
correlación entre los altos niveles de colesterol en la sangre y la incidencia de enfermedades del sistema
cardiovascular en humanos.
Sin embargo juega un papel central en la estructura de las membranas y es un precursor de las hormonas
esteroides y de los ácidos biliares. Por lo tanto, el colesterol es una molécula esencial para el humano y
muchos animales. No se requiere en la dieta de los humanos debido a que el hígado lo puede sintetizar
de precursores simples.
Los 27 átomos de carbono del colesterol se derivan de acetil CoA. El colesterol se sintetiza en el citosol.
Las etapas son:
1. Síntesis de mevalonato a partir de acetato
2. Conversión de mevalonato (C6) isopentenilpirofosfato (C5)
19
3. Condensación de 6 unidades activas de isopreno para formar escualeno (C30)
4. Conversión de escualeno al núcleo de esteroides de cuatro anillos
6. (a) ¿Cuáles son los pasos de las cuatro etapas en la síntesis de colesterol?
Síntesis de mevalonato a partir de acetato
2 acetilCoA à acetoacetil CoA + acetil CoA àβ-OH-β-metilglutaril CoA + CoA
β-OH-β-metilglutaril CoA +2NADPH + 2H+ à mevalonato + 2NADP+ + 2H+ + CoA
Conversión de mevalonato en isopentenilpirofosfato
mevalonato + ATP à 5 fosfomevalonato +ADP
5 fosfomevalonato + ATP à 5 pirofosfomevalonato +ADP
5 pirofosfomevalonato + ATP à isopentenilpirofosfato +ADP +Pi + CO2
isopentenilpirofosfato ß à dimetilalilpirofosfato
Condensación de 6 unidades activas de isopreno para formar escualeno
isopentenilpirofosfato + dimetilalilpirofosfato à geranilpirofosfato + PPi (prenil transferasa)
geranilpirofosfato + isopentenilpirofosfato à farnesilpirofosfato + PPi (prenil transferasa)
farnesilpirofosfato + farnesilpirofosfato + NADPH + H+ à escualeno + 2PPi (escualeno sintasa)
Conversión de escualeno al núcleo de esteroides de cuatro anillos del colesterol
escualeno + NADPH +H+ + O2 à epóxido 2,3 de escualeno (C30)+ H2O + NADP+
(escualeno monooxigenasa)
epóxido 2,3 de escualeno (C30) à lanosterol (ciclasa) à (muchas reacciones) à colesterol (C27)
(b) Mencione los destinos del colesterol.
La mayor parte de la síntesis del colesterol en los vertebrados se lleva a cabo en el hígado. En el intestino
también se forman cantidades apreciables de colesterol. Un adulto con una dieta baja en colesterol
sintetiza normalmente 800 mg de colesterol por día.
Una pequeña fracción del colesterol se incorpora en las membranas de los hepatocitos, pero la mayoría es
exportado en dos formas: ésteres de colesterol y ácidos biliares.
Los ácidos biliares y la mayoría de sus sales son derivados de colesterol relativamente hidrofílicos, son
sintetizados en el hígado y ayudan en la digestión de los lípidos.
Los ésteres de colesterol se forman en el hígado a través de la acción de acil CoA colesterol acil
transferasa (ACAT). Esta enzima cataliza la transferencia de un ácido graso de la coenzima A al grupo OH
del colesterol. Los ésteres de colesterol son almacenados en el hígado o transportados a otros tejidos que
usan colesterol.
Los tejidos de animales en crecimiento necesitan colesterol para la síntesis de sus membranas, y algunos
órganos (por ejemplo glándulas adrenales y gónadas) usan colesterol como un precursor para la
producción de hormonas esteroides. El colesterol también es un precursor de la vitamina D.
7. (a) ¿Cuál es el paso regulado en la síntesis de colesterol, que enzima lo cataliza y cómo se regula
ésta enzima?
La reducción en el citosol de 3-OH-3-metilglutaril CoA (3-HMG-CoA) a mevalonato. La enzima que
cataliza este paso irreversible, 3-OH-3-metilglutarilCoA reductasa (proteína integral del retículo
endoplásmico liso), es la enzima reguladora de la síntesis de colesterol.
La velocidad de formación de colesterol por estos órganos es muy sensible al nivel celular de colesterol.
Esta regulación por retroalimentación es mediada primariamente por cambios en la cantidad y actividad de
la enzima HMG CoA reductasa. Esta enzima es controlada en múltiples pasos:
20
1. La velocidad de síntesis del ARNm de la reductasa está controlado por un elemento regulatorio de
esteroles (SRE), una secuencia corta de ADN sobre la región 5’ del gen. En la presencia de esteroles, el
SRE inhibe claramente la producción de ARNm.
2. La velocidad de traducción del ARNm de la reductasa es inhibido por metabolitos no esteroles
derivados del mevalonato.
3. La degradación de la reductasa está estrictamente controlada. La enzima es bipartita: su dominio
citosólico realiza la catálisis y su dominio de membrana es sensible al nivel de derivados de colesterol y
mevalonato. Un alto nivel de estos productos conduce a una degradación rápida de la reductasa. En
realidad, la cantidad de la enzima puede variar cerca de 200 veces por una combinación de estas tres
herramientas regulatorias.
4. La fosforilación reduce la actividad de la reductasa. Esta enzima, como la acetil CoA carboxilasa, es
inactivada por una cinasa de proteínas dependiente de AMP. Así, la síntesis de AMP cesa cuando el
nivel de ATP es bajo. La insulina promueve la desfosforilación (activación) y, por lo tanto, la síntesis de
colesterol.
8. (a) ¿Cuál es la estructura y función de las lipoproteínas?
El colesterol y los TG son transportados en los fluidos corporales en la forma de partículas de
lipoproteínas (LP). El componente proteínico de estos agregados macromoleculares tiene dos papeles:
solubilizan los lípidos hidrofóbicos contienen señales celulares blanco. Las LP se clasifican de acuerdo a
su densidad: quilomicrones, restos de quilomicrones, VLDL, IDL, LDL y HDL. Cada partícula consiste
de un centro de lípidos hidrofóbicos rodeado por una cubierta de lípidos polares y de apoproteínas. Se han
aislado 10 apoproteínas diferentes: A-I, A-II, A-IV, B-48, B-100, C-I, C-II, C-III, D y E. Se sintetizan o se
secretan en el hígado y el intestino.
Los TG, colesterol, y otros lípidos obtenidos de la dieta, son acarreados desde el intestino en la forma de
quilomicrones grandes (180 a 500 nm de diámetro). Tienen una densidad muy baja debido (<0.94 g/ml)
debido a que los TG constituyen ∼ 99% de su contenido. La apoB-48, una proteína de 240 kd forma una
cubierta anfipática esférica alrededor del glóbulo de grasa, la parte externa de esta cubierta es hidrofílica.
Los TG de los quilomicrones son hidrolizados por lipasas de lipoproteínas localizadas en la cubierta de
los vasos sanguíneos en músculo y otros tejidos que usan ácidos grasos como combustibles y precursores
de grasa sintetizada endógenamente. Los residuos ricos en colesterol, conocidos como remanentes de
quilomicrones, son captados por el hígado.
Los TG y el colesterol, en exceso a lo que necesita el hígado, son exportados a la sangre en la forma de
VLDL. Estas partículas son estabilizadas por dos lipoproteínas, apo B-100 y apo E (34 kd). La apo B-100
es una de las proteínas mas grandes conocidas (513 kd), es una versión grande de apoB-48. Ambas
proteínas son codificadas por el mismo gen y producidas a partir del mismo transcrito inicial. En el intestino,
la edición de ARN modifica el transcrito para generar el ARNm de apo B-48, la forma truncada. Los TG en
VLDL, como los quilomicrones, son hidrolizados por lipasas de la superficie capilar.
Los remanentes resultantes, que son ricos en ésteres de colesterol, son llamados IDL. Estas partículas
tiene dos destinos. La mitad de ellas son tomadas por el hígado, mientras que la otra mitad es convertida
en LDL. Las LDL son el principal acarreador de colesterol en la sangre, tiene un diámetro de 22 nm y una
masa cercana a tres millones. Contiene un centro de aproximadamente 1500 moléculas de colesterol
esterificado. La cadena de acilo graso mas común en estos ésteres es linoleato, un ácido graso
poliinsaturado.
Este centro altamente hidrofóbico está rodeado por una cubierta de fosfolípidos y de colesterol no
esterificado. La cubierta también contiene una copia de apo B-100, la cual es reconocida por las células
blanco. El papel de la LDL es transportar colesterol a los tejidos periféricos y regular la síntesis de
colesterol de novo en estos sitios.
21
Las HDL son sintetizadas en el hígado como partículas pequeñas ricas en proteínas que contienen
relativamente poco colesterol y ésteres de colesterol. Las HDL contienen apo C-I y apo C-II, entre otras
apoproteínas, así como la enzima lecitín colesterol acil transferasa (LCAT), la cual cataliza la formación
de ésteres de colesterol de lecitina (fosfatidilcolina) y colesterol. Después de su liberación a la circulación,
las HDL recién sintetizadas (nacientes) recolectan ésteres de colesterol de otras lipoproteínas circulantes.
Después de su remoción de los triglicéridos por lipoproteína lipasa, los quilomicrones y las VLDs son ricas
en colesterol y fosfatidilcolina.
La LCAT de la superficie de las HDL nacientes convierten esta fosfatidilcolina y colesterol a ésteres de
colesterol, los que entran al interior de la HDL naciente, convirtiéndola de un disco a una esfera (una HDL
madura). Esta lipoproteína rica en colesterol, regresa al hígado, en donde el colesterol es descargado.
Parte de este colesterol se convierte en sales biliares.
Las HDL tienen un propósito diferente, captan el colesterol liberado de las células muertas y de las
membranas en recambio al plasma.
Una aciltransferasa en las HDL esterifica estas moléculas de colesterol, las cuales son rápidamente a VLDL
o LDL por una proteína de transferencia.
9. (a) ¿Cuál es el papel del receptor de LDL en el metabolismo de colesterol?
Los altos niveles de colesterol pueden causar enfermedad y muerte ya que contribuyen a la formación de
placas ateroscleróticas en las arterias en todo el cuerpo. El colesterol de la dieta reduce la actividad y
la cantidad de 3-OH-3MG CoA reductasa. En general, las células fuera de los hepatocitos y del intestino
obtienen el colesterol del plasma y no por síntesis de novo. Específicamente, la fuente primaria de
colesterol es la LDL. Los pasos en la captación del colesterol por la vía de LDL son:
1. La apo B-100 en la superficie de una partícula de LDL se une a un receptor específico sobre la
membrana del plasma de las células no hepáticas. Los receptores para LDL están localizados en regiones
especializadas llamadas coated pits, las cuales contienen clatrina.
2. El complejo receptor-LDL es internalizado por endocitosis. La membrana plasmática alrededor del
complejo se invagina y se fusiona con una vesícula endocítica.
3. Esta vesícula, conteniendo LDL, se fusiona subsecuentemente con los lisosomas, los cuales contienen
una gran cantidad de enzimas digestivas. La proteína de LDL es hidrolizada a aminoácidos libres. Los
ésteres de colesterol en la LDL son hidrolizados por una lipasa ácida lisosomal. El receptor de LDL
retorna ileso a la membrana plasmática. El viaje redondo toma cerca de 10 minutos.
4. El colesterol no esterificado liberado puede ser usado para la biosíntesis de membranas. De manera
alternativa, puede reesterificarse para el almacenamiento dentro de la célula. De hecho, el colesterol
libre activa la acil CoA:colesterol aciltransferasa (ACAT), la enzima que cataliza esta reacción. El
colesterol reesterificado contiene principalmente oleato y palmitoleato, que son ácidos grasos
monoinsaturados, en contraste con los ésteres de colesterol de LDL, que son ricos en linoleato, un AG
poliinsaturado.
El receptor de LDL está sujeto a regulación por retroalimentación. Cuando el colesterol es abundante
dentro de la célula, no se sintetizan nuevos receptores de LDL, y se bloquea la captación de colesterol
adicional de LDL de plasma.
El gen para el receptor de LDL, como el de la reductasa, contiene un elemento regulatorio que controla la
velocidad de síntesis de ARNm.
10. (a) ¿Cuál es la estructura del receptor de LDL y cuáles son las consecuencias de que no esté
presente o que no tenga actividad biológica?
22
La proteína de humanos tiene un peso molecular de 115 kd y consiste de cinco dominios. El domino
amino terminal (exterior de la célula) está formado por una secuencia rica en cisteínas de
aproximadamente 40 residuos, que se repite, con algunas variaciones, siete veces. Este es el dominio de
unión a LDL cuyas cargas negativas interaccionan con el asa de cargas positivas en la molécula de
apoB-100 en la superficie de la partícula de LDL. La protonación de las cadenas laterales de glutamato y
aspartato del receptor en los endosomas ácidos conduce a la liberación de la LDL de su receptor.
El segundo dominio del receptor de LDL es homólogo a la parte del precursor del factor de crecimiento
epidérmico. Contiene dos cadenas de oligosacáridos enlazadas por nitrógeno.
El tercer dominio, el cual es muy rico en residuos de serina y treonina, contiene azúcares enlazados por
oxígeno, cuya función parece ser la de mantener alejado de la membrana al extremo amino que une la
LDL.
El cuarto dominio contiene 22 residuos hidrofóbicos que atraviesan la membrana plasmática.
El quinto dominio consiste de 50 residuos que salen al lado citosólico de la membrana, donde se controla
la interacción del receptor con las coated pits y la participación de la endocitosis. El gen para el receptor de
LDL consiste de 18 exones, que corresponden estrechamente a la unidad estructura de la proteína.
El receptor de LDL es un ejemplo sorprendente de una proteína mosaico, codificada por un gen que se
ensambló por shuffling de exones (combinación de exones de diferentes dominios o proteínas para forman
una nueva proteína).
La ausencia de este receptor conduce a una enfermedad llamada hipercolesterolemia familiar. La
concentración de colesterol total y de LDL en plasma se eleva marcadamente en esta enfermedad genética
que se origina de una mutación en un locus autosomal simple. El nivel de colesterol en los homocigotos
puede alcanzar 680 mg/dl contra los 300 mg/dl en lo heterocigotos. Un nivel de 175 mg/dl se considera
aceptable, aunque la mayoría de los gringos tienen niveles superiores.
Estos pacientes desarrollan depósitos de colesterol en las placas ateroscleróticas, lo que produce la
disminución del calibre arterial y en casos extremos ataques cardíacos. De hecho, la mayoría de los
homocigotos mueren de enfermedad coronaria en la infancia.
La enfermedad en los heterocigotos tiene un curso clínico menos severo pero mas variable. El defecto
molecular, en la mayoría de los casos de hipercolesterolemia familiar es una ausencia o deficiencia
de receptores funcionales para LDL. Los homocigotos casi no tienen receptores para LDL, mientras que
los heterocigotos tienen la mitad que los controles. Por lo tanto, la entrada de LDL al hígado y otras células
esta deteriorado, conduciendo a un aumento de los niveles de LDL en plasma.
Los pacientes homocigotos pueden ser tratados por trasplante de un hígado normal. Una terapia aplicada
mas generalmente está disponible para los heterocigotos. La meta del tratamiento es estimular al gen
normal y único para que produzca un mayor número de receptores de LDL. Los estudios de
fibroblastos en cultivo, han mostrado que la producción de receptores de LDL está controlada por las
necesidades de la célula para colesterol. Cuando se requiere colesterol, la cantidad de ARNm para el
receptor de LDL, se eleva y se encuentran mas receptores en la superficie celular.
Este estado puede ser inducido por la inhibición de la reabsorción intestinal de las sales biliares (lo
cual promueve la absorción del colesterol de la dieta) y por el bloqueo de la síntesis de colesterol. La
reabsorción de la bilis se impide por la administración oral de polímeros cargados positivamente
que unen sales biliares cargadas negativamente.
La síntesis de colesterol se puede bloquear efectivamente por lovastatina (mevinolina), un potente
inhibidor de la HMG-reductasa. El aumento consecuente del número de receptores para LDL en las
células hepáticas conduce a una disminución en los niveles de LDL en sangre.
11. (a) ¿Cuáles son las relaciones biosintéticas de las hormonas esteroides?
23
El colesterol es el precursor de las cinco principales clases de hormonas esteroides: progestágenos,
glucocorticoides, mineralocorticoides, andrógenos y estrógenos.
La progesterona, un progestágeno, prepara la superficie del útero para la implantación de un huevo. La
progesterona, también es esencial para el mantenimiento del embarazo.
Los andrógenos, (como la testosterona) son responsables del desarrollo de los caracteres sexuales
masculinos secundarios, mientras que
Los estrógenos (como estrona) son responsables del desarrollo de los caracteres sexuales secundarios
femeninos. Los estrógenos, junto con la progesterona también participan en el ciclo ovárico.
Los glucocorticoides (como el cortisol) promueven la gluconeogénesis y la formación de glucógeno y
aumentan la degradación de grasas y proteínas. Capacitan a los animales para responder al estrés. De
hecho, la ausencia de glucocorticoides puede ser fatal.
Los mineralocorticoides (principalmente aldosterona) actúan sobre el túbulo distal renal para aumentar la
absorción de sodio y la excreción de K+ y de H+ lo que conduce a un aumento del volumen y la presión
sanguíneos.
El principal sitio de síntesis de progestágenos es el cuerpo lúteo; de estrógenos es el ovario, de
andrógenos, los testículos, y de glucocorticoides y de mineralocorticoides la corteza adrenal.
Colesterol à pregnenolona (C21) à progesterona à cortisol (C21).
progesterona à corticosterona à aldosterona
progesterona à 17a OH progesterona à androstendiona (C19) à estrona à testosterona
estrona (19) à estrona (C18),
testosterona (C19) à estradiol (C18)
(b) ¿Qué tipo de enzima participa en el metabolismo de fenilalanina y de las hormonas esteroides?
Las reacciones de hidroxilación juega un papel muy importante en la síntesis de colesterol a partir de
escualeno y en la conversión de colesterol en hormonas esteroides y sales biliares. Todas estas reacciones
de hidroxilación requieren de NADPH y O2. El átomo de oxígeno del grupo hidroxilo incorporado viene del
O2 y no del H2O. Un átomo de oxígeno de la molécula de O2 va al sustrato y el otro se reduce a agua. Las
enzimas que catalizan estas reacciones se llaman monooxigenasas (u oxigenasas de función mixta). La
monooxigenasa también participa en la hidroxilación de fenilalanina a tirosina.
RH + O2 + NADPH + H+ ⇒ ROH + H2O + NADP+
(c) ¿Cómo se sintetizan los andrógenos y los estrógenos?
Las hormonas esteroides contienen 21 átomos de carbono o menos, mientras que el colesterol contiene 27.
La primera etapa en la síntesis de la hormonas esteroides es la remoción de una unidad C6 de la cadena
lateral del colesterol para formar pregnenolona. La cadena lateral de colesterol es hidroxilada en C-20 y
luego en C-22 y el enlace entre estos átomos de carbono es roto entonces por desmolasa. Se consumen 3
NADPH y 3 O2 en esta notable oxidación de seis electrones.
La ACTH (corticotropina), un polipéptido sintetizado en la pituitaria anterior, estimula la conversión de
colesterol en pregnenolona (precursor de todas las hormonas esteroides).
La progesterona se sintetiza de la pregnenolona en dos pasos. El grupo 3-OH de pregnenolona es
oxidado a un grupo 3 ceto, y el doble enlace Δ5 se isomeriza a Δ4. El cortisol, el principal glucocorticoide,
es sintetizado a partir de progesterona por hidroxilación en C-17, C-21 y C-11, el C-17 debe hidroxilarse
antes que C-21, mientras que la hidroxilación en C-11 puede ocurrir en cualquier momento. Las enzimas
que catalizan estas hidroxilaciones son altamente específicas. El paso inicial en la síntesis de aldosterona,
el principal mineralocorticoide, es la hidroxilación de la progesterona en C-21. La desoxicorticosterona
resultante es hidroxilada en C-11. La oxidación del grupo metilo unido a C-18 a un aldehído produce
aldosterona.
La síntesis de los andrógenos empieza con la hidroxilación de progesterona en C-17. La cadena lateral
que consiste de C-20 y C-21 se romper para producir androstendiona (un andrógeno). La testosterona
24
(otro andrógeno) se forma por la reducción del grupo 17-ceto de androstendiona. Los andrógenos
contienen 19 átomos de carbono. Los estrógenos son sintetizados de los andrógenos por la pérdida del
grupo metilo adyacente a C-19 (angular) y la formación de un anillo aromático A. Estas reacciones requiere
NADPH y O2. La estrona, un estrógeno, se deriva de androstendiona, mientras que el estradiol (otro
estrógeno), se forma de la testosterona.
12. (a) Explique las consecuencias de la deficiencia de la enzima 21-hidroxilasa.
La enfermedad heredada mas común de la síntesis de las hormonas esteroides es una deficiencia
de la enzima 21-hidroxilasa, la cual se requiere para la síntesis de glucocorticoides y
mineralocorticoides. La baja producción de glucocorticoides conduce a un aumento en la secreción de
ACTH por la pituitaria anterior.
Esta respuesta es una expresión de un mecanismo que controla la actividad de la corteza adrenal.
Las glándulas adrenales se hacen grandes debido a un alto nivel de ACTH en la sangre. La ACTH, a través
del AMPc, estimula la conversión de colesterol a pregnenolona.
Consecuentemente, la concentración de progesterona y 17 α-hidroxiprogesterona aumenta. A
su vez, hay un marcado incremento en la cantidad de andrógenos, debido a que se derivan de 17 αhidroxiprogesterona.
El hallazgo clínico mas marcado de la deficiencia de 21-hidroxilasa es la virilización causada por
los altos niveles de andrógenos. En mujeres afectadas, la virilización es evidente al nacimiento. Los
andrógenos secretados durante el desarrollo del feto femenino produce una masculinización de los
genitales externos.
En los hombres, los órganos sexuales parecen normales al nacimiento. La precocidad sexual llega a
ser aparente varios meses mas tarde. Hay un acelerado crecimiento y maduración de hueso muy temprano
y como consecuencia típica final se produce una corta estatura. Muchos pacientes con deficiencia de 21hidroxilasa pierden Na+ en la orina debido a que tienen muy bajos niveles de aldosterona. La pérdida de
sal conduce a la deshidratación e hipotensión lo cual puede resultar en shock y muerte repentina.
Se dispone de una terapia efectiva para la deficiencia de 21-hidroxilasa. La administración de
glucocorticoides proporciona esta hormona requerida y elimina la producción excesiva de ACTH. La
formación excesiva de andrógenos se detiene. También se administra un mineralocorticoide para los
pacientes que pierden sal. Algunos de los síntomas de la deficiencia de 21-hidroxilasa se revierten si la
terapia se inicia temprano en la vida.
(b) OPCIONAL ¿Cuáles son las consecuencias de la deficiencia de vitamina D?
El colesterol es el precursor de la vitamina D, que juega un papel esencial en el control del
metabolismo de calcio y fósforo. El 7-deshidrocolesterol (provitamina D3) se fotoliza por luz UV a
previtamina D3, la cual se isomeriza espontáneamente a vitamina D3. La vitamina D3 (colecalciferol) es
convertida en calcitriol (1,25-dihidroxicolecalciferol), la hormona activa, por reacciones de hidroxilación
que ocurren en el hígado y en el riñón.
La deficiencia de vitamina D en la infancia produce raquitismo, que se caracteriza por calcificación
inadecuada de cartílago y hueso. en los adultos, la deficiencia de vitamina D conduce al ablandamiento y
debilitamiento de los huesos, una condición llamada osteomalacia.
La presencia de osteomalacia en las mujeres Beduinas árabes quienes están tan vestidas que solo
sus ojos están expuestos a la luz del sol, es un recordatorio que la vitamina D es requerida tanto por los
niños como por los adultos.
(c) ¿En qué se parecen el hule natural, la vitamina K2, la ubiquinona, la cadena lateral de fitol de la
clorofila y el β-caroteno?
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La síntesis del escualeno (C30) a partir de isopentenil pirofosfato (C5) ejemplifica un mecanismo
fundamental para el ensamblaje de los esqueletos de carbono de las biomoléculas. Una colección
considerable de compuestos se forman a partir de isopentenil pirofosfato, el bloque constructor básico de
5 carbones.
Las fragancias de muchas plantas provienen de compuesto volátiles C10 y C15 que son llamados
terpenos. Por ejemplo, el mirceno (C15H16) de hojas de bay consiste de dos unidades de isopreno, como el
limoneno (C10 H15) de jugo de limón. El zingebireno (C15H24) de aceite de jengibre está formado de tres
unidades de isopreno.
Algunos terpenos, tales como el geraniol de los geranios y el mentol de hierbabuena son
aldehídos. El hule natural es un polímero lineal de unidades de cis-isopreno. Alguna de las moléculas que
se han visto en el curso contienen cadenas laterales isoprenoides.
La cadena lateral hidrocarbonada C30 de la vitamina K2 está construida de seis unidades C5. La
coenzima Q en la cadena respiratoria mitocondrial tiene cinco cadenas hechas de 10 unidades de
isopreno. La cadena lateral fitol de la clorofila está formada de cuatro unidades de isopreno.
Muchas proteínas son dirigidas a la membrana por la unión covalente de un farnesil (C15) o un
geranilgeranil (C20) a sus residuo de cisteína carboxilo terminal. La prenilación confiere un carácter
hidrofóbico.
26
14. DEGRADACIÓN DE AMINOÁCIDOS Y CICLO DE LA UREA
1. (a) ¿Cuál es el camino de los aminoácidos (aa) que se consumen en exceso y de los provenientes de la
degradación de proteínas que no se vuelven a usar?
NO se pueden almacenar como los ácidos grasos o la glucosa, sino que son excretados después de sufrir
desaminación oxidativa. La degradación de aa también se estimula durante el ayuno prolongado o en la
diabetes.
(b) Señale el camino de los grupos amino y de la cadena hidrocarbonada de los aa.
La mayoría de los grupos amino de los aa excedentes son convertidos en urea, mientras que sus
esqueletos de carbono son convertidos en acetil CoA, acetoacetil CoA, piruvato o en un intermediario
del ciclo del ácido cítrico (OA, α-CG, succinil CoA, fumarato). Por lo tanto, los ácidos grasos, los
cuerpos cetónicos y la glucosa pueden formarse a partir de los aa.
(c) ¿De qué manera excretan los grupos amino de las proteínas los animales ureotélicos, uricotélicos y
amonotélicos?
En la mayoría de los vertebrados terrestres y tiburones, el exceso de NH4+ es convertido en urea y
excretado (ureotélicos).
En los pájaros y reptiles terrestres el NH4+ es convertido en ácido úrico (uricotélicos),
y en muchos animales acuáticos (peces espinosos y larvas de anfibios) el NH4+ es excretado directamente
(amonotélicos).
2. (a) ¿Cuál es el tejido principal involucrado en la degradación de aa en los mamíferos?
El hígado.
(b) ¿Qué reacciones catalizan las enzimas aminotransferasas (transaminasas) y que grupo prostético es
indispensable para su actividad y de que vitamina se deriva?
Catalizan la transferencia de un grupo α-amino de un α-aa a un α-cetoácido. Generalmente canalizan
los grupos α-amino de muchos aa a α-CG para su conversión a NH4+.
El grupo prostético de todas las aminotransferasas es piridoxal fosfato (PLP) que se deriva de piridoxina
(vitamina B6). Durante la transaminación, el PLP se convierte transitoriamente en piridoxamina fosfato
(PMP).
Las enzimas que requiere de PLP forman una base de Schiff covalente intermediaria con su sustrato. En
la ausencia de sustrato, el grupo aldehído de PLP está en una unión con un grupo ε-amino de un residuo
de lisina específico en el sitio activo. Se forma una nueva unión de base de Schiff por la adición de un
sustrato aa.
El grupo α-amino del aa sustrato desplaza al grupo ε-amino de la lisina del sitio activo. En otras palabras,
una aldimina interna llega a ser una aldimina externa. La base de Schiff aa-PLP que se forma permanece
fuertemente unida a la enzima por múltiples interacciones no covalentes.
(c) ¿Cuál es la constante de equilibrio de estas reacciones?
Es cercana a 1.0 y por lo tanto el ΔGo’ es ≈ 0 kJ/mol.
(d) ¿Qué reacción cataliza la aspartato aminotransferasa y la alanina aminotransferasa y cuál es el
producto de la transaminación a α-CG?
Aspartato + α-CG ⇔ OA + glutamato
Alanina + α-CG ⇔ piruvato + glutamato
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3. (a) ¿Qué reacción cataliza la enzima glutamato deshidrogenasa (GD), cómo se regula su actividad y
en que sitio de la célula se lleva a cabo?
En el hígado, los grupos amino de muchos α-aa son removidos por transaminación con α-CG para formar
L-glutamato. El glutamato es transportado del citosol a la matriz mitocondrial donde sufre una
desaminación oxidativa catalizada por la enzima L-glutamato deshidrogenasa (GD) (PM 330,000).
Esta enzima solo está presente solo en la matriz mitocondrial y requiere NAD+ o NADP+ como los
aceptores de los equivalentes reductores.
La acción combinada de la aminotransferasa y de la glutamato deshidrogenasa se conoce como
transdesaminación. Solo unos pocos aa no pasan por esta vía y sufren desaminación directa. La reacción
es la siguiente.
Glutamato + H2O + NAD(P) + ⇔ α-CG + NH4+ + NAD(P)H + H+
Como se puede esperar de su papel central en el metabolismo de los grupos amino, la GD es una enzima
alostérica compleja.
Consiste de seis subunidades idénticas. Está influenciada por el modulador positivo ADP y por el
modulador negativo GTP, un producto de succinil CoA sintetasa del CK. Cuando el hepatocito necesita
combustible para el CK, la actividad de GD aumenta, produciendo α-CG para el CK y liberando NH4+ para
su excreción.
Por el contrario, cuando se acumula el GTP en la mitocondria como resultado de la alta actividad del CK,
se inhibe la desaminación oxidativa del glutamato.
(b) ¿Cuál es la reacción catalizada por la glutamina sintetasa y explique cuál es el papel de este
aminoácido en el transporte de los grupos amino?
El NH4+ es muy tóxico para los tejidos animales. En la mayoría de los animales el exceso de NH4+ es
convertido en un compuesto no tóxico antes de exportarlo de los tejidos extrahepáticos a la sangre y de
aquí al hígado o a los riñones.
En muchos tejidos, incluyendo el cerebro, el NH4+ es enzimáticamente combinado con glutamato para
formar glutamina por la acción de la glutamina sintetasa. Esta reacción requiere ATP y se lleva a cabo en
dos pasos:
L-Glu + ATP ⇒ ADP + γ-glutamil-fosfato
γ-glutamil-fosfato + NH4+ ⇒ L-Gln + Pi
(c) ¿Qué reacción cataliza la glutaminasa?
La Gln es un compuesto neutro no tóxico, que puede pasar rápidamente a través de las membranas
celulares, mientras que el Glu, que lleva una carga negativa, no puede hacerlo. En la mayoría de los
animales terrestres, la Gln es acarreada por la sangre al hígado. Como en el caso de los grupos amino
de Glu, el nitrógeno amida es liberado como amonio solamente dentro de la mitocondria, donde la enzima
glutaminasa convierte la Gln en Glu
Gln + H2O ⇒ Glu + NH4+
La Gln está presente en sangre en concentraciones mayores a la de otros aa debido a su función de
transporte de amonia.
(d) Explique en qué consiste el ciclo glucosa-alanina y cuál es su papel en el transporte de los grupos
amino.
En el músculo y en otros tejidos que degradan aa como combustible, los grupos amino son recolectados en
Glu por transaminación. El Glu puede ser convertido a Gln para transportarse al hígado o puede
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transferir su grupo α-amino a piruvato, un producto disponible rápidamente de la glicólisis del músculo,
por acción de alanina aminotransferasa. La alanina, sin carga neta a pH 7.0, pasa a la sangre y es
transportada al hígado.
El exceso de nitrógeno, llevado por Ala al hígado, es eventualmente convertido a NH4+ en la
mitocondria. En una reversa de la reacción descrita antes, la Ala transfiere su grupo amino a α-CG,
formando Glu en el citosol. Parte de este Glu es transportado a la mitocondria y transformado por la GD
liberando NH4+.
Alternativamente, la transaminación con OA mueve grupos amino de Glu a aspartato, otro donador de
nitrógenos en la síntesis de urea. En el hígado, el piruvato formado por la transaminación de la Ala, es
usado como sustrato para la síntesis de glucosa, la cual es exportada, vía sanguínea, al músculo en
contracción. Así se cierra el ciclo glucosa-alanina.
4. (a) Explique cómo se convierte el NH4+ en urea y en que parte de la célula se lleva a cabo esta
conversión.
La urea se forma en el hígado por una serie de reacciones conocida como ciclo de la urea. Este ciclo
empieza dentro de la mitocondria, pero tres pasos de esta vía ocurren en el citosol. El primer grupo
amino que entra al ciclo de la urea se deriva del amonio intramitocondrial que se forma de la manera
descrita anteriormente.
(b) Describa las reacciones catalizadas por carbamil fosfato sintetasa I, ornitina transcarbamilasa,
arginosuccinato sintetasa, arginosuccinato liasa (arginosuccinasa) y arginasa y mencione el sitio
celular donde se localizan.
El NH4+ generado dentro de la mitocondria hepática es usado inmediatamente, junto con HCO3- producido
por la respiración mitocondrial por la enzima carbamil fosfato sintetasa I. Esta enzima mitocondrial es
distinta de la forma citosólica (carbamil fosfato sintetasa II), la cual está involucrada en la síntesis
de pirimidinas.
Esta enzima mitocondrial es una enzima regulatoria y requiere de su modulador positivo Nacetilglutamato. Se puede considerar a carbamil fosfato como un donador de grupos carbamilo activados.
HCO3- + ATP ⇒ ADP + anhídrido carbónico-ácido fosfórico
anhídrido carbónico-ácido fosfórico + NH4+ ⇒ Pi + carbamato
carbamato + ATP ⇒ ADP + carbamil fosfato.
HCO3- + 2ATP + NH4+ ------> carbamil fosfato + 2ADP + Pi
El carbamil fosfato entra ahora al ciclo de la urea, el cual consiste de cuatro pasos enzimáticos.
carbamil fosfato dona su grupo carbamilo a ornitina para formar citrulina y liberar Pi en una reacción
catalizada por ornitina transcarbamilasa que se localiza dentro de la mitocondria. La citrulina es
exportada desde la mitocondria al citosol.
carbamil fosfato + ornitina ⇒ citrulina + Pi
El segundo grupo amino es introducido de aspartato (generado en la mitocondria por transaminación) por
una reacción de condensación entre el grupo amino de aspartato y el grupo ureido (carbonilo) de citrulina
para formar arginosuccinato. Esta reacción es catalizada por arginosuccinato sintetasa citosólica,
requiere ATP y procede a través de un intermediario citrulil-AMP.
citrulina + ATP ⇒ PPi + citrulil-AMP
aspartato + citrulil AMP ⇒ AMP + arginosuccinato
El arginosuccinato es escindido reversiblemente por arginosuccinato liasa citosólica para formar
arginina libre y fumarato.
arginosuccinato + H2O ⇒ arginina + fumarato
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En la última reacción del ciclo de la urea, la arginasa citosólica rompe la arginina para producir urea y
ornitina.
arginina + H2O ⇒ urea + ornitina
De esta manera, la ornitina se regenera y puede transportarse a la mitocondria para iniciar otra vuelta del
ciclo de la urea.
(c) ¿De dónde provienen los dos nitrógenos y el carbono de la urea?
Los dos nitrógenos provienen de aspartato y carbamil fosfato (y este de NH4+), respectivamente, y el
carbono vienen del bicarbonato.
(d) ¿Cuál es la estequiometría del ciclo de la urea, cuántos grupos fosfato de alta energía se necesitan y
que enzima de este ciclo es activada por N-acetil-glutamato?
CO2 + NH4+ + 3 ATP + aspartato + 2 H2O ⇒ urea + 2 ADP + 2Pi + AMP + PPi + fumarato
se requieren 4 grupos fosfato, ya que en la síntesis de arginosuccinato el ATP se hidroliza a AMP + PPi, el
cual es hidrolizado a 2Pi.
La enzima que es activado por N-acetilglutamato es carbamilfosfato sintetasa I.
(e) ¿Cuáles son los sustratos para la síntesis de N-acetil glutamato, qué enzima cataliza esta reacción y
cuál es su activador?
Los sustratos son acetil-CoA y glutamato, la enzima es N-acetilglutamato sintasa y el activador es
arginina. La reacción es: AcCoA + Glu à CoA-SH + N-acetilglutamato.
5. OPCIONAL (a) Explique cómo se puede producir la hiperamonemia y cuáles son sus consecuencias.
La síntesis de urea en el hígado es la principal ruta de remoción de NH4+. Un bloqueo de la síntesis de
carbamil fosfato o de cualquiera de los cuatro pasos del ciclo de la urea tiene consecuencias devastadoras
debido a que no hay vía alternativa para la síntesis de urea.
Cualquiera de estos defectos conduce a un elevado nivel de NH4+ en sangre (hiperamonemia). Algunos de
estos defectos genéticos llegan a ser evidentes 1 o varios días después del nacimiento cuando el infante
afectado llega a estar letárgico y a vomitar periódicamente.
Después se puede presentar daño irreversible y coma.
6. (a) ¿Qué significan los términos aa glucogénico y aa cetogénico?
Los aa que son degradados a acetil CoA o acetoacetil CoA son denominados cetogénicos debido a que
dan lugar a la formación de cuerpos cetónicos.
Por el contrario, los aa que son degradados a piruvato, α-CG, succinil CoA, fumarato u OA son
denominados glucogénicos.
Es posible realizar síntesis neta de glucosa a partir de estos aa debido a que los intermediarios del CK y el
piruvato se pueden convertir en PEP y este en glucosa.
(b) ¿Cuáles son los aminoácidos que son glucogénicos y cetogénicos y explique por qué una misma
molécula puede tener ambos destinos?
Los aa Ile, Phe, Trp y Tir son cetogénicos y glucogénicos. Durante su degradación algunos de los
átomos de carbono aparecen en acetil CoA o acetoacetil CoA, mientras que otros aparecen como
precursores potenciales de glucosa (Ile a succinil CoA, Phe y Tir a fumarato y, Trp a piruvato. Los otros
14 aa son clasificados como glucogénicos.
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(c) ¿Cuáles son los aa exclusivamente cetogénicos? Leucina y lisina.
(d) ¿Cuáles son 4 intermediarios del ciclo de Krebs que se pueden formar por el metabolismo de algunos
aa? α-CG, succinil CoA, fumarato y OA.
(e) ¿Por qué los aa que se convierten en piruvato se clasifican como glucogénicos?
Porque se puede convertir en PEP y de ahí a glucosa.
(f) ¿En que condiciones pueden ser cetogénicos?
Cuando el piruvato se convierta en acetil CoA (cuando no esté estimulada la GN).
7. (a) ¿Qué aa se metabolizan a piruvato, a OA, a fumarato, a succinil CoA, a α-CG, a acetil CoA y a
acetoacetato?
a piruvato (5): Ala, Cis, Gli, Ser, y Trp;
a OA (2): Asp y Asn,
a fumarato (2): Phe, y Tir;
a succinil CoA (2): Ile, Met, Thr, Val;
a α-CG (5) Arg, Glu, Gln, His, Pro;
a Ac CoA/ acetoacetil CoA (6): Ile, Leu, Lis, Tir, Phe y Trp.
(b) ¿Qué coenzimas se requieren para la conversión de aa a succinil CoA?
Los intermediarios en el rompimiento de estos aa (Met, Thr, Ile y Val) son propionil CoA y luego
metilmalonil CoA. La vía de propionil CoA a succinil CoA es especialmente interesante y ya se revisó
cuando se estudió la degradación de los ácidos grasos de cadena impar.
Las enzimas propionil CoA carboxilasa y metilmalonil CoA mutasa requieren de los cofactores biotina
y de un derivado de la vitamina B12, respectivamente.
(c) ¿En que forma se liberan los grupos fosfato del ATP cuando se sintetiza la coenzima B12 a partir de
ATP y cobalamina?
La forma B12 (Co+1) es el sustrato para la reacción enzimática final que produce la coenzima activa. El Co+1
ataca el átomo de carbono 5’ del ATP y desplaza el grupo trifosfato para formar 5’ desoxicobalamina,
también conocida como coenzima B12. Este compuesto es muy importante ya que es la única biomolécula
conocida tiene un enlace carbono-metal.
Otra característica poco común de esta reacción es que el carbono metileno 5’ del ATP, y no su átomo de
fósforo α o β, es el blanco del ataque nucleofílico.
La formación de S-adenosilmetionina, es la otra reacción en la cual un nucleófilo desplaza el grupo
trifosfato del ATP.
(d) ¿Cómo se produce la anemia perniciosa?
La absorción de cobalamina está deteriorada en la anemia perniciosa. Los animales y plantas son
incapaces de sintetizar cobalamina. Esta vitamina es única en el hecho de que es sintetizada solo por
microorganismos, en particular, las bacterias anaeróbicas.
Los mamíferos absorben la cobalamina usando un sistema especializado de transporte. El estómago
secreta una glicoproteína de 59 kd llamada factor intrínseco (IF), el cual une cobalamina en el lumen
intestinal.
El complejo cobalamina-IF, el cual es resistente a la proteólisis por las enzimas digestivas en el estómago,
es tomado por receptores específicos en el recubrimiento del ileo. La vitamina es liberada del factor
intrínseco dentro de las células epiteliales y entonces es transportada al lado opuesto de la membrana
hacia la sangre.
31
La cobalamina se une entonces a la transcobalamina II, la cual la capacita para entrar al hígado, al
sistema hematopoyético (formador de sangre) y a otras células por endocitosis mediada por receptores.
Estudios recientes de clonación del ADNc han demostrado que el factor intrínseco y la transcobalamina II
contienen dominios homólogos que unen la vitamina. La anemia perniciosa es causada por una
deficiencia del factor intrínseco, que conduce al deterioro de la absorción de cobalamina.
En consecuencia, la síntesis de purinas y de timina, las cuales dependen de cobalamina, está deteriorada.
El sistema hematopoyético es especialmente vulnerable a una deficiencia de esta vitamina debido al
recambio rápido de las células sanguíneas. La terapia mas adecuada, son las inyecciones intramusculares
de cobalamina a intervalos mensuales.
8. (a) ¿Qué cofactores requiere la fenilalanina hidroxilasa?
Esta enzima cataliza la conversión de Phe a Tir. Esta enzima inserta uno de los dos átomos de O2 a Phe
para formar el grupo OH de la tirosina, el otro átomo de oxígeno es reducido a agua por el NADH también
requerido en la reacción.
Esta reacción pertenece a la clase general de reacciones catalizada por enzimas llamadas oxidasas de
función mixta, las cuales catalizan la hidroxilación simultánea de un sustrato por O2 y la reducción de otro
átomo de O2 a H2O.
La Phe hidroxilasa requiere un cofactor, tetrahidrobiopterina, que acarrea electrones de NADH a O2 en
la hidroxilación de Phe.
Durante la reacción de hidroxilación, la coenzima es oxidada a dihidrobiopterina la cual es reducida,
subsecuentemente, por la enzima dihidrobiopterina reductasa en una reacción que requiere NADH.
(b) ¿Qué metabolitos se producen cuando la Phe no se puede metabolizar a tirosina y cuál es la
enfermedad que se produce?
Cuando la Phe hidroxilasa está genéticamente defectuosa, una vía secundaria del metabolismo de Phe,
usada muy poco en condiciones normales, aumenta su actividad. En esta vía, la Phe sufre transaminación
con piruvato para producir fenilpiruvato.
Entonces, se acumulan Phe y fenilpiruvato en la sangre y tejidos, y aparecen en la orina: de aquí el nombre
de la enfermedad: fenilcetonuria.
Una gran parte del fenilpiruvato es descarboxilado para producir fenilacetato o reducido a fenillactato.
El fenilacetato imparte un olor característico a la orina que ha sido usado por las enfermeras para detectar
la fenilcetonuria en los infantes.
(c) ¿Cuáles son las consecuencias de la fenilcetonuria?
La acumulación de Phe o sus metabolitos en la etapa temprana de la vida deteriora el desarrollo normal del
cerebro, causando retraso mental severo. El exceso de Phe puede competir con otros aa para el
transporte a través de la barrera hemato-encefálica resultando en la depleción de algunos
metabolitos necesarios.
La fenilcetonuria fue una de las primeras enfermedades genéticas del metabolismo descubiertas. El
retraso mental se previene por un rígido control de la dieta. Solo se debe ingerir las cantidades de Phe y
Tir necesarias para la síntesis de proteínas.
La fenilcetonuria también se puede producir por un defecto de la enzima dihidrobiopterina reductasa,
la cual cataliza la regeneración de tetrahidrobiopterina. El tratamiento, en este caso, es mas complejo,
que la restricción en la dieta de Phe y Tir, debido a que tetrahidrobiopterina se requiere también para la
formación de L-3,4-dihidroxifenilalanina (L-DOPA) y 5-hidroxitriptofáno (precursores esenciales de los
neurotransmisores NE y serotonina, respectivamente).
Por lo tanto, estos compuesto se deben dar en la dieta, cuando exista esta deficiencia.
9. (a) ¿En que tejidos se degradan valina, isoleucina y leucina (aa de cadena ramificada)?
32
Aunque la mayoría del catabolismo de los aa se lleva a cabo en el hígado, los tres aa de cadena ramificada
(Leu, Ile y Val) son oxidados como combustibles principalmente en el músculo, tejido adiposo, riñón y
cerebro.
(b) ¿Por qué no se pueden degradar en el hígado?
Porque el hígado no contiene una aminotransferasa que esta presente en los tejidos mencionados y que
actúa sobre los tres aa de cadena ramificada para producir el correspondiente cetoácido
(c) ¿Qué enfermedades se producen y que vías metabólicas se afectan por la deficiencia de las siguientes
enzimas?
(c1) homogentisato 1,2 dioxigenasa
La deficiencia de homogentisato 1,2 dioxigensa también bloquea la vía catabólica de Phe, aunque su
curso es mucho menos grave que los pacientes que sufren de fenilcetonuria.
De hecho la enfermedad no es seria (aunque estos individuos excretan grandes cantidades de
homogentisato, el cual se oxida rápidamente y le confiere un color negro a la orina), pero tiene importancia
histórica. Este defecto se conoce como alcaptonuria y fue estudiado por Archibald Garrod a principios de
este siglo.
(c2) complejo de deshidrogenasa de α-cetoácidos de cadena ramificada.
La deficiencia de este complejo conduce a la acumulación de los tres cetoácidos (provenientes de los aa de
cadena ramificada) y a su excreción por orina. Esta condición produce, a menos que sea tratada, un
desarrollo anormal del cerebro, retraso mental y muerte en la infancia temprana y se conoce con el nombre
de enfermedad de la orina del jarabe de arce.
Debido al olor característico que imparten los α-cetoácidos a la orina. El tratamiento consiste en el control
rígido de la dieta para limitar la ingestión de Val, Ile y Leu al mínimo requerido para permitir el crecimiento
normal.
La enzima defectuosa en esta enfermedad, el complejo deshidrogenasa de α-cetoácidos de cadena
ramificada, cataliza la descarboxilación oxidativa de c/u de los tres α-cetoácidos, liberando los grupos
carboxilo como CO2 y produciendo el derivado acil-CoA. Esta reacción de descarboxilación es análoga a
las otras dos ya mencionadas en la oxidación de piruvato a acetil-CoA (complejo piruvato
deshidrogenasa y la oxidación de α-CG a succinil CoA, α-CG deshidrogenasa). De hecho, todas las
tres enzimas son homólogas en estructura y el mecanismo de reacción es esencialmente el mismo para
todas.
Participan cinco cofactores (TPP, FAD, NAD, CoA y lipoato) y tres proteínas en cada complejo catalizan
reacciones homólogas. Este complejo deshidrogenasa de α-cetoácidos de cadena ramificada de la rata, es
regulado por modificación covalente en respuesta al contenido de aa de cadena ramificada en la dieta.
Cuando no hay, o hay muy poca cantidad de aa de cadena ramificada en la dieta, la enzima se
fosforila por una cinasa y, por lo tanto, está inactiva. La adición de aa de cadena ramificada a la dieta
produce la desfosforilación y activación consecuente de la enzima.
(c3) metilmalonil CoA mutasa.
Esta enzima, metilmalonil CoA mutasa (dependiente de coenzima B12) cataliza una reacción de
epimerización, necesaria en el catabolismo de Met, Thr, Val, Ile (conversión de propionil CoA a succinil
CoA).
La deficiencia de esta enzima produce una enfermedad genética rara conocida como acidemia
metilmalónica. En esta enfermedad se acumula ácido metilmalónico y se caracteriza por vómito,
convulsiones, retraso mental y muerte temprana. Se puede confundir con la intoxicación con etilén glicol.
.
33
3. Problemas 1,2 y 3, Cap 22.
34
LÍPIDOS DE MEMBRANA
1. CLASIFICACIÓN
2. IMPORTANCIA BIOLÓGICA
3. BIOSÍNTESIS
4. IMPORTANCIA CLÍNICA
2. IMPORTANCIA BIOLÓGICA
3. Explique como se controla la fluidez de las membranas.
El grado de fluidez depende de la composición de lípidos y de la temperatura. A bajas
temperaturas, existe poco movimiento de lípidos y la bicapa está casi en forma cristalina (paracristalina).
Arriba de una temperatura, que es característica para cada membrana, los lípidos pueden sufrir movimiento
rápido. La temperatura de transición del estado paracristalino sólido al fluido depende de la
composición de lípidos de la membrana. A una mayor proporción de ácidos grasos saturados, es
mayor la temperatura de transición del estado sólido al fluido de la membrana.
El contenido de esteroles de una membrana es también un determinante importante de la
temperatura de transición. La estructura planar rígida del núcleo de esteroles, insertado entre las
cadenas laterales de ácidos grasos, tiene dos efectos sobre la fluidez:
abajo de la temperatura de transición sólido-fluido, la inserción de esteroles previene el
empaquetamiento altamente ordenado de las cadenas de acil graso y así favorece la fluidez de la
membrana;
arriba de la temperatura de transición, el sistema de anillo rígido de los esteroles, reduce la
libertad de movimiento de las cadenas acil graso vecinas para moverse por rotación alrededor de los
enlaces carbono-carbono y así reduce la fluidez de la bicapa.
Los esteroles tienden a moderar los extremos de ambos estados de la membranas que los
contienen.
El estado sólido se favorece por la presencia de residuos de ácidos grasos saturados y por la
longitud de la cadena. En los procariontes, la fluidez se regula por la variación del número de dobles
enlaces y por la longitud de la cadena de ácidos grasos. En los eucariontes, el colesterol es un regulador
clave de la fluidez. Los microorganismo y las células animales en cultivo regulan su composición de lípidos
para lograr una fluidez constante bajo varias condiciones de crecimiento. Por ejemplo, cuando se cultivan a
baja temperatura, las bacterias sintetizan una mayor proporción de ácidos grasos no saturados que cuando
se cultivan a altas temperaturas. Como resultado de lo anterior, las membranas de las bacterias cultivadas
a bajas o altas temperaturas, tienen el mismo grado de fluidez.
BIOSÍNTESIS
1. (a) ¿Cuáles son los precursores y cómo se inicia la síntesis de triglicéridos y glicerofosfolípidos, cómo
se llama el complejo de enzimas que participa en este proceso y cuál es su localización intracelular?
Los ácidos grasos activados (acilo graso CoA) y L-glicerol 3 P. El glicerol 3-fosfato se puede formar de
dos maneras. Se debe recordar que el tejido adiposo carece de la enzima glicerol cinasa, la cual puede
producir glicerol 3 fosfato directamente por fosforilación del glicerol. Por lo tanto, en este tejido, el glicerol 3
fosfato provenir de la reducción, de dihidroxiacetona fosfato (la cual proviene de la glucosa vía glicólisis).
Esta reacción es catalizada por la enzima glicerol 3-fosfato deshidrogenasa.
Por el contrario, en hígado y riñón se forma por la fosforilación de glicerol por la acción de la enzima
glicerol cinasa. Los otros precursores de los triglicéridos son los acilo graso CoA, formados de los ácidos
35
grasos por acil CoA sintetasas, las mismas enzimas responsables de la activación de los ácidos grasos
para la β-oxidación.
En primer lugar, el glicerol 3 fosfato es acilado por acilo graso CoA para formar lisofosfatidato, el cual es
acilado nuevamente por acilo graso CoA para producir fosfatidato. Estas reacciones de acilación se llevan
a cabo en los grupos OH libres.
Estas acilaciones son catalizadas por glicerol fosfato aciltransferasa. En la mayoría de los fosfatidatos, la
cadena acilo graso unida a C1 es saturada, mientras que la unida a C2 es insaturada.
El fosfatidato (diacilglicerol 3-fosfato) es un intermediario común en la síntesis de fosfoglicéridos y
triglicéridos.
Las vías divergen en fosfatidato. En la síntesis de triglicéridos, el fosfatidato es hidrolizado por una
fosfatasa específica (fosfatidato fosfatasa) para producir diacilglicerol. Este intermediario es acilado a
triglicéridos en una reacción que es catalizada por diacilglicerol aciltransferasa. Estas enzimas están
asociadas en el complejo de la sintetasa de triglicéridos que está unido a la membrana del retículo
endoplásmico.
2. (a) Mencione los pasos generales en las síntesis de los fosfolípidos de membrana, el sitio
intracelular en dónde este proceso se lleva a cabo y las dos estrategias para unir las cabezas polares.
Los principales fosfolípidos de membrana son los glicerofosfolípidos y los esfingolípidos. El ensamblaje
de estas moléculas a partir de precursores sencillos requiere:
(1) síntesis de la molécula esqueleto (glicerol o esfingosina).
(2) adición de ácidos grasos a este esqueleto, en enlace éster o amida.
(3) adición de una cabeza hidrofílica, unida al esqueleto a través de un enlace fosfodiéster; y en algunos
casos,
(4) alteración o intercambio de la cabeza polar para producir el fosfolípido final.
Los primeros dos pasos idénticos que la síntesis de TG. En las células eucarióticas, la síntesis de
fosfolípidos se lleva a cabo principalmente en la superficie del retículo endoplásmico liso. Algunos
de ellos se quedan en esa membrana y otros son dirigidos a otros destinos celulares.
Las dos estrategias para unir la cabeza polar son las siguientes:
1) El CDP-diacilglicerol (diacilglicerol activado) reacciona con la cabeza polar. Esta estrategia se usa
en las bacterias.
2) El 1,2 diacil glicerol reacciona con la cabeza polar activada (e.g. CDP-colina). En ambos caos, el CMP
es desplazado en el ataque nucleofílico del grupo OH.
(b) ¿Cómo se sintetiza el CDP-diacilglicerol, qué impulsa hacia adelante su síntesis, y qué otras
reacciones son impulsadas de esta manera?
Se sintetiza a partir de fosfatidato (cuya síntesis ya se vio en el punto anterior) y CTP.
Fosfatidato + CTP à CDP-diacilglicerol + PPi
Lo impulsa la hidrólisis del PPi que se produce en la reacción. Otras reacciones que son impulsadas de
esta manera son:
la síntesis de UDP Glucosa a partir de G1P + UTP (UDP glucosa pirofosforilasa),
la síntesis de AMPc a partir de ATP (adenilato ciclasa),
la síntesis de acilo graso CoA a partir de ácido graso y CoA (acil CoA sintetasa o tiocinasa),
la síntesis de arginosuccinato a partir de citrulina mas aspartato (arginosuccinato sintetasa),
la síntesis de D-metilmalonil CoA a partir de propionil CoA (propionil CoA carboxilasa), durante la
oxidación de los AG de cadena impar y de aa que produce succinil CoA (Met, Val, Ile).
la síntesis de fosfoenolpiruvato a partir de piruvato (piruvato fosfato dicinasa) en las células del mesófilo
de las plantas C4. Piruvato + ATP + Pi à PEP + PPi + AMP.
la síntesis de GMP (guanilato) a partir de XMP (xantilato) (XMP glutamina amidotransferasa), en la síntesis
de las purinas
la síntesis de 5 fosforribosil 1 amina a partir de PRPP + Gln (amidofosforribosil transferasa) en la síntesis
de las purinas.
la síntesis de orotidilato a partir de orotato y PRPP (orotato fosforribosil transferasa) en la síntesis de las
pirimidinas.
36
la síntesis de CDP-colina a partir de fosfocolina + CTP (CTP colina citidil transferasa), en la síntesis de
fosfatidilcolina en los mamíferos.
la síntesis de geranil pirofosfato, farnesil pirofosfato y escualeno, intermediarios de la síntesis de
colesterol (etapa 3).
la síntesis de ribonucleótidos de purina por la vía de salvamento a partir de la purina + PRPP (adenina e
hipoxantina-guanina fosforribosil transferasa).
la síntesis de nicotina ribonucleótido a partir de nicotinato y PRPP, en la síntesis de NAD+.
la síntesis de desamido-NAD+ a partir de nicotinato ribonucleótido, en la síntesis de NAD+.
La síntesis de flavina adenín dinucleótido a partir de riboflavina y ATP.
La inserción de una unidad de AMP a la enzima glutamina sintetasa (adenil transferasa).
LA inserción de una unidad de UMP a la proteína regulatoria PA (uridil transferasa)
(c) ¿Cómo se sintetiza los fosfolípidos en E. coli?
La unidad activada de fosfatidilo (CDP-diacilglicerol), reacciona con el grupo OH de alcoholes polares. Si el
alcohol es serina, los productos son fosfatidilserina y CMP. Esta reacción es catalizada por
fosfatidilserina sintasa. El CMP es desplazado a través de un ataque nucleofílico por el grupo OH de la
serina.
El CMP también puede ser desplazado por el OH del C-1 del glicerol 3 fosfato para producir
fosfatidilglicerol 3 P, el cual es procesado por la ruptura del fosfato monoéster (con la liberación del Pi)
para producir fosfatidilglicerol.
Estos compuestos pueden servir como precursores de otros fosfolípidos en las bacterias. La
descarboxilación de la serina por fosfatidilserina descarboxilasa, produce fosfatidiletanolamina.
La condensación de dos moléculas de fosfatidilglicerol, con la eliminación de glicerol, produce cardiolipina,
en la cual dos diacilgliceroles están unidos a través de una cabeza común.
(d) ¿Cómo se sintetizan los fosfolípidos ácidos en los eucariontes?
El fosfatidilglicerol, cardiolipina y los fosfatidilinositoles se sintetizan por la misma estrategia usada para la
síntesis de fosfolípidos en las bacterias.
La síntesis de fosfatidilglicerol se hace exactamente de la misma manera.
La síntesis de cardiolipina difiere ligeramente, el fosfatidilglicerol se condensa con CDP-diacilglicerol,
no con otra molécula de fosfatidilglicerol como en E. coli.
De igual manera, el fosfatidilinositol se forma por la transferencia de una unidad de diacilglicerolfosfato
del CDP-diacilglicerol a inositol, reacción catalizada por fosfatidilinositol sintasa (condensación de CDPdiacilglicerol con inositol).
(e) ¿A partir de qué fosfolípido se puede sintetizar fosfatidiletanolamina y fosfatidilcolina en las
bacterias y levaduras y qué papel juega la S-adenosilmetionina en la síntesis de fosfatidilcolina?
La fosfatidilserina se puede producir, como ya se vio antes, por la condensación de CDP-diacilglicerol y
serina. La descarboxilación de fosfatidilserina por una enzima dependiente de piridoxal (fosfatidilserina
descarboxilasa) produce fosfatidil etanolamina. El grupo amino de este fosfoglicérido es metilado tres
veces por la enzima metiltransferasa para formar fosfatidilcolina (lecitina). La S-adenosilmetionina es
el donador de los grupos metilo en esta, y en muchas otras metilaciones.
Otra vía alterna para sintetizar fosfatidiletanolamina a partir de fosfatidilserina es el desplazamiento de la
serina libre por etanolamina por la enzima fosfatidiletanolamina serina transferasa.
3. (a) Describa una vía alterna en los mamíferos para la síntesis de fosfatidilcolina (lecitina) que se inicia
con colina y mencione cuáles son las especies activadas. ¿Cómo están interrelacionadas las vías de
síntesis de fosfatidilserina, fosfatidiletanolamina y fosfatidilcolina en los eucariontes?
La colina se obtiene de la dieta. La colina es fosforilada por ATP a fosforilcolina, (enzima colina cinasa)
la cual reacciona entonces con CTP para formar CDP-colina (enzima CDP colina citidiltransferasa). La
unidad fosforilcolina de CDP colina es transferido entonces a diacilglicerol para formar fosfatidilcolina
(enzima CDP colina diacilglicerol fosfocolina transferasa).
Colina + ATP à fosfocolina + ADP (colina cinasa)
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Fosfocolina + CTP à CDP-colina + PPi (CTP colina citidil transferasa)
CDP-colina + diacilglicerol à fosfatidilcolina + CMP (CDP colina DG fosfocolina transferasa)
Existe otra forma de sintetizar fosfatidilcolina en el hígado de los mamíferos y es la siguiente: la
etanolamina de la dieta se puede salvar reaccionando con CTP para dar CDP-etanolamina, la reacción
subsecuente de este compuesto con diacilglicerol produce fosfatidiletanolamina, la cual es metilada en
tres ocasiones a partir de S-adenosilmetionina. La secuencia de reacciones anteriores produce
fosfatidilcolina.
En todos los otros tejidos, la fosfatidilcolina solo es producida por la condensación de diacilglicerol y
CDP-colina.
(b) ¿Cómo se sintetizan los plasmalógenos y los alquil-acil-glicerofosfolípidos (otros dos tipos de
glicerofosfolípidos)?
Los pasos en la síntesis de éstos compuestos son los siguientes:
1. síntesis de 1 acil dihidroxiacetona 3 fosfato
acil CoA +DHAP à 1 acil dihidroxiacetona 3 fosfato + CoA-SH
2. Intercambio del grupo acilo de 1 acil dihidroxiacetona 3 fosfato por un alcohol
1 acil dihidroxiacetona 3 fosfato + alcohol à 1 alquil dihidroxiacetona 3 fosfato + R-COOH
3. Reducción de la cetona a 1 alquil glicerol 3 fosfato
1 alquil dihidroxiacetona 3 fosfato + NADPH + H+ à
1 alquil glicerol 3 fosfato + NADP+
4. Acilación de C2-OH producido en el paso anterior por acil CoA.
1 alquil glicerol 3 fosfato + acil CoA à 1 alquil 2 acilglicerol 3 fosfato + CoA SH
5. Hidrólisis del grupo fosforilo para producir 1 alquil 2 acilglicerol
1 alquil 2 acilglicerol 3 fosfato + H2O à 1 alquil 2 acilglicerol + Pi
6. Ataque del nuevo grupo OH por CDP-etanolamina.
1 alquil 2 acilglicerol + CDP etanolamina à 1 alquil 2 acil glicerofosfoetanolamina + CMP
7. Introducción de un doble enlace en el grupo alquilo para formar plasmalógenos por una desaturasa que
tiene los mismos requerimientos de cofactores como la desaturasa de ácidos grasos.
1 alquil 2 acil glicerofosfoetanolamina + O2 + NADH + H+ à plasmalógeno etanolamina + NAD+ + 2H2O.
4. (a) ¿Cómo se sintetiza la unidad estructural básica de los esfingolípidos?
La unidad básica de los esfingolípidos se llama ceramida. El esqueleto de carbonos de los esfingolípidos
se llama esfingosina, y no glicerol, como en el caso de los triglicéridos.
El palmitoil CoA y la serina se condensan para formar dihidroesfinganina, la cual se convierte a
esfingosina por dos reacciones sucesivas: 1) una reducción de un grupo ceto a OH por NADPH y 2) una
oxidación, enlazada a FAD, de la cadena de átomos de carbono, para formar una doble ligadura.
Palmitoil CoA + serina à 3-ceto esfinganina + CO2
(sintetasa de..)
3-ceto esfinganina + NADPH à esfinganina (dihidroesfingosina)+ NADP+
(reductasa de..)
esfinganina + acil-CoA à dihidroceramida (N-acil esfinganina) + CoA
(Acil CoA transferasa)
La enzima que cataliza la primera reacción requiere de piridoxal fosfato, un factor importante en el
metabolismo de aminoácidos. En todos los esfingolípidos, el grupo amino de la esfingosina está acilado:
un acil CoA de cadena larga reacciona con esfingosina para formar ceramida (N-acil-esfingosina). El
grupo OH terminal también está sustituido. En la esfingomielina el sustituyente es fosforilcolina, el cual
proviene de fosfatidilcolina. El cerebrósido se forma por la reacción de ceramida con UDP azúcar.
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dihidroceramida + FAD + à ceramida (N-acilesfingosina) + FADH2
(reductasa de….)
ceramida + fosfatidilcolina à esfingomielina + diacilglicerol (
ceramida + UDP azúcar à cerebrósido + UDP
cerebrósido + azúcares activados à gangliósidos
(b) ¿Cómo se sintetizan los gangliósidos?
Los gangliósidos son sintetizados por la adición ordenada, paso a paso, de unidades de azúcar a
ceramida. Los donadores activados de estos residuos de azúcar son, UDP-glucosa, UDP-galactosa, UDPN-acetilgalactosamina, como el derivado CMP de N-acetilneuraminato. El CMP-N-acetilneuraminato es
sintetizado a partir de CTP y de N-acetilneuraminato.
La estructura de los gangliósidos resultantes está determinada por la especificidad de las
glicosiltransferasas en la célula.
glucocerebrósido + UDP-Gal à lactosil ceramida + UDP
lactosil ceramida + CMP-NANA à GM3 + CMP
GM3 + UDPGalNAc à GM2 + UDP
GM2 + UDP-Gal à GM1 + UDP
lactosil ceramida + UDP-Gal à trihexosil-ceramida + UDP
trihexosil-ceramida + UDP-GalNac à globósido + UDP.
(c) ¿Cuál es la deficiencia enzimática en la enfermedad de Tay-Sachs?
Los gangliósidos se encuentran en alta concentración en el sistema nervioso, particularmente en la materia
gris, donde constituyen el 6% de los lípidos. Los gangliósidos son degradados dentro de los lisosomas
por la remoción secuencial de sus azúcares terminales. Las alteraciones de la degradación de los
gangliósidos pueden tener serias consecuencias clínicas. En la enfermedad de Tay-Sachs, los síntomas
son evidentes, generalmente, antes de que el afectado cumpla un año. La debilidad y el retardo
psicomotor son síntomas típicos. A la edad de dos años el niño con este problema se queda ciego y con
daño mental irreversible y, usualmente muere antes de los tres. El contenido de gangliósidos en el
cerebro de una persona afectada de Tay-Sachs es muy elevado. La concentración del gangliósido GM2
es muchas veces mayor que lo normal, debido a que sus residuos terminales de N-acetilgalactosamina
no son removidos o son removidos muy lentamente, debido a que la β-N-acetilhexosaminidasa
específica, la enzima que cataliza esta reacción, está ausente o deficiente.
La frecuencia de esta enfermedad es rara en la población abierta (1 en 300,000 nacimientos), pero tiene
una incidencia muy alta (1en 3,600 nacimientos) en los judíos Askenazi (cuyo origen es el Este de Europa),
quienes forman mas del 90% de la población judía de Estados Unidos. Uno de cada 28 judíos Askenazi
lleva el gen defectuoso en forma recesiva, lo que significa que cuando ambos padres son portadores, hay
una probabilidad del 25% de que el hijo desarrolla la enfermedad de Tay-Sachs.
5. (a) ¿Cuál es el papel del colesterol en las membranas biológicas y de que hormonas es precursor?
Modula la fluidez de las membranas biológicas (se revisó anteriormente) y es precursor de las
hormonas esteroides como progesterona, testosterona, estradiol, y cortisol.
(b) ¿Cuál es la importancia del colesterol, de dónde derivan los átomos de carbono del colesterol, en que
sitio de la célula se lleva a cabo este proceso, y cuáles son las etapas en la síntesis de colesterol?
El colesterol es, sin duda, el lípido natural al que se le ha hecho mas publicidad, debido a la fuerte
correlación entre los altos niveles de colesterol en la sangre y la incidencia de enfermedades del sistema
cardiovascular en humanos. Sin embargo juega un papel central en la estructura de las membranas y es un
precursor de las hormonas esteroides y de los ácidos biliares. Por lo tanto, el colesterol es una molécula
esencial para el humano y muchos animales. No se requiere en la dieta de los humanos debido a que el
hígado lo puede sintetizar de precursores simples.
Los 27 átomos de carbono del colesterol se derivan de acetil CoA. El colesterol se sintetiza en el citosol.
Las etapas son:
1. Síntesis de mevalonato a partir de acetato
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2. Conversión de mevalonato (C6) isopentenilpirofosfato (C5)
3. Condensación de 6 unidades activas de isopreno para formar escualeno (C30)
4. Conversión de escualeno al núcleo de esteroides de cuatro anillos
6. (a) ¿Cuáles son los pasos de las cuatro etapas en la síntesis de colesterol?
Síntesis de mevalonato a partir de acetato
2 acetilCoA à acetoacetil CoA + acetil CoA àβ-OH-β-metilglutaril CoA + CoA
β-OH-β-metilglutaril CoA +2NADPH + 2H+ à mevalonato + 2NADP+ + 2H+ + CoA
Conversión de mevalonato en isopentenilpirofosfato
mevalonato + ATP à 5 fosfomevalonato +ADP
5 fosfomevalonato + ATP à 5 pirofosfomevalonato +ADP
5 pirofosfomevalonato + ATP à isopentenilpirofosfato +ADP +Pi + CO2
isopentenilpirofosfato ß à dimetilalilpirofosfato
Condensación de 6 unidades activas de isopreno para formar escualeno
isopentenilpirofosfato + dimetilalilpirofosfato à geranilpirofosfato + PPi (prenil transferasa)
geranilpirofosfato + isopentenilpirofosfato à farnesilpirofosfato + PPi (prenil transferasa)
farnesilpirofosfato + farnesilpirofosfato + NADPH + H+ à escualeno + 2PPi (escualeno sintasa)
Conversión de escualeno al núcleo de esteroides de cuatro anillos del colesterol
escualeno + NADPH +H+ + O2 à epóxido 2,3 de escualeno (C30)+ H2O + NADP+
(escualeno monooxigenasa)
epóxido 2,3 de escualeno (C30) à lanosterol (ciclasa) à (muchas reacciones) à colesterol (C27)
(b) Mencione los destinos del colesterol.
La mayor parte de la síntesis del colesterol en los vertebrados se lleva a cabo en el hígado. En el intestino
también se forman cantidades apreciables de colesterol. Un adulto con una dieta baja en colesterol
sintetiza normalmente 800 mg de colesterol por día. Una pequeña fracción del colesterol se incorpora en
las membranas de los hepatocitos, pero la mayoría es exportado en dos formas: ésteres de colesterol y
ácidos biliares.
Los ácidos biliares y la mayoría de sus sales son derivados de colesterol relativamente hidrofílicos, son
sintetizados en el hígado y ayudan en la digestión de los lípidos.
Los ésteres de colesterol se forman en el hígado a través de la acción de acil CoA colesterol acil
transferasa (ACAT). Esta enzima cataliza la transferencia de un ácido graso de la coenzima A al grupo OH
del colesterol. Los ésteres de colesterol son almacenados en el hígado o transportados a otros tejidos que
usan colesterol.
Los tejidos de animales en crecimiento necesitan colesterol para la síntesis de sus membranas, y algunos
órganos (por ejemplo glándulas adrenales y gónadas) usan colesterol como un precursor para la
producción de hormonas esteroides. El colesterol también es un precursor de la vitamina D.
7. (a) ¿Cuál es el paso regulado en la síntesis de colesterol, que enzima lo cataliza y cómo se regula
ésta enzima?
La reducción en el citosol de 3-OH-3-metilglutaril CoA (3-HMG-CoA) a mevalonato. La enzima que
cataliza este paso irreversible, 3-OH-3-metilglutarilCoA reductasa (proteína integral del retículo
endoplásmico liso), es la enzima reguladora de la síntesis de colesterol.
La velocidad de formación de colesterol por estos órganos es muy sensible al nivel celular de colesterol.
Esta regulación por retroalimentación es mediada primariamente por cambios en la cantidad y actividad de
la enzima HMG CoA reductasa. Esta enzima es controlada en múltiples pasos:
1. La velocidad de síntesis del ARNm de la reductasa está controlado por un elemento regulatorio de
esteroles (SRE), una secuencia corta de ADN sobre la región 5’ del gen. En la presencia de esteroles, el
SRE inhibe claramente la producción de ARNm.
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2. La velocidad de traducción del ARNm de la reductasa es inhibido por metabolitos no esteroles
derivados del mevalonato.
3. La degradación de la reductasa está estrictamente controlada. La enzima es bipartita: su dominio
citosólico realiza la catálisis y su dominio de membrana es sensible al nivel de derivados de colesterol y
mevalonato. Un alto nivel de estos productos conduce a una degradación rápida de la reductasa. En
realidad, la cantidad de la enzima puede variar cerca de 200 veces por una combinación de estas tres
herramientas regulatorias.
4. La fosforilación reduce la actividad de la reductasa. Esta enzima, como la acetil CoA carboxilasa, es
inactivada por una cinasa de proteínas dependiente de AMP. Así, la síntesis de AMP cesa cuando el
nivel de ATP es bajo. La insulina promueve la desfosforilación (activación) y, por lo tanto, la síntesis de
colesterol.
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