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CAPÍTULO 10 METABOLISMO DE LOS LÍPIDOS 10.1 INTRODUCCIÓN Los lípidos presentes en el tejido animal tienen su origen en las grasas ingeridas y en las grasas sintetizadas en el organismo, a partir de los carbohidratos o, en menos escala, de los aminoácidos. Estos lípidos están en constante intercambio, lo que constituye en su conjunto el metabolismo, que incluye como aspectos fundamentales: La digestión, la absorción, circulación y depósito, la síntesis y degradación de los ácidos grasos; los cuerpos cetónicos, la síntesis y degradación de la glicerina; el metabolismo del colesterol y demás esteroles y, por último, su regulación. Estos aspectos serán desarrollados a continuación. La hidrólisis de las grasas contenidas en los alimentos se produce fundamentalmente en el intestino delgado por medio de la lipasa pancreática, enzima producida por el páncreas exocrino que tiene la responsabilidad de hidrolizar los glicéridos en ácidos grasos y glicerina. No todos los triglicéridos son hidrolizados totalmente, pues la unión del ácido graso con la glicerina en la posición beta es hidrolizada muy lentamente, por lo que el mono glicérido es un producto importante de la digestión. La lipasa es una hidrolasa del grupo de las estearasas que presentan un pH óptimo de acción igual a 8. Su acción se ve favorecida por la función de los ácidos y sales biliares que, por su poder emulsionante, es decir, por disminuir la tensión superficial, permiten aumentar considerablemente la superficie de contacto de la enzima con su sustrato. La acción de estos tres factores: pH, lipasa y bilis, permite la digestión de la mayoría de los glicéridos. El jugo pancreático también posee otra enzima, el colesterol estearasa que hidroliza el colesterol esterificado, de forma que al terminar la digestión, los productos serán alfa y beta monoglicéridos, ácidos grasos libres, glicerina y colesterol. A esto hay que añadir que los alfa monoglicéridos pueden ser hidrolizados en la pared intestinal y los beta son resintetizados a triglicéridos. La absorción de las grasas ocurre a nivel de todo el intestino delgado. Presenta cierta complejidad e implica la resíntesis de los triglicéridos a nivel del epitelio. Los productos de la digestión, ácidos grasos libres, glicerol, beta monoglicéridos y alfa monoglicéridos son utilizados para la síntesis de los glicéridos a este nivel. La grasa sintetizada pasa a los vasos linfáticos (quilíferos) y por el conducto linfático pasa a la sangre venosa donde pueden describirse como lipoproteínas, llamadas quilomicrones. El mecanismo de éste proceso comienza con la unión de los ácidos grasos activados "acil CoA" con un beta monoglicérido; posteriormente se une otro acil CoA formando el triglicérido. También el glicerol libre puede ser absorbido pasando por la vena porta del hígado. Parte de los ácidos grasos libres sobre todo los de pequeño peso molecular, pasan directamente al hígado por medio de la vena porta. Un pequeño número de ácidos grasos pasa a la circulación general esterificado con los ácidos biliares en forma de complejos coleínicos. El alfa monoglicérido absorbido puede originar en la pared intestinal glicerol y glicerol fosfato; este último puede combinarse con los ácidos grasos formando ácidos fosfáticos y finalmente triglicéridos. El colesterol se absorbe por los vasos linfáticos, principalmente como ésteres del colesterol y también como colesterol libre asociado a los quilomicrones. Los fosfolípidos de la dieta son absorbidos como tales y transportados por la vena porta al hígado. La síntesis y la recirculación de los fosfolípidos aumentan en la pared intestinal durante la absorción de los lípidos. En la figura 10.1 se presentan algunos de estos fenómenos. Los productos de la absorción de los lípidos pasan, ya sea por la vía linfática o venosa, a la circulación general, donde circulan unidos a las globulinas y de aquí son llevados a diferentes partes del organismo animal, que en forma general pueden señalarse como: a) tejidos de depósito (tejido adiposo), b) tejidos en general y c) hígado. A continuación veremos en forma general el papel de las grasas en estos tejidos. 10.2 GRASAS EN EL TEJIDO ADIPOSO. El tejido adiposo constituye el órgano de depósito de las grasas, son almacenadas en él en forma de triglicéridos, que están en constante intercambio. Esto incluye lipólisis (con liberación de ácidos grasos libres (AGL) y glicerol) y reestirificación, predominando uno u otro lo que depende de la acción hormonal y del estado nutricional y metabólico del animal. Según predomine la lipólisis o la esterificación será mayor o menor el depósito de grasas, así como el nivel de AGL en el plasma. La síntesis de los triglicéridos se realiza a partir de los AGL y del glicerofosfato producido a partir de los glúcidos. La hidrólisis se realiza por una lipasa adipolítica. Ambos procesos están muy relacionados con el metabolismo de los glúcidos; así cuando los glúcidos son abundantes, se utilizan como fuente de energía y para esterificar los ácidos grasos, pero cuando los glúcidos escasean, se utilizan los ácidos grasos para la producción de energía y la glucosa se reserva para la síntesis de triglicéridos La liberación de los ácidos grasos por el tejido adiposo, está influenciada por varias hormonas, así, la ACTH y, por tanto, los glucocorticoides, la TSH y las hormonas del tiroides, la adrenalina y el glucagón estimulan la adipolisis, mientras que la insulina y las prostaglandinas inhiben dicho proceso. El mecanismo de acción es por medio de la adenil ciclasa que produce la formación del AMP cíclico a partir del ATP, el cual activaría la lipasa adipolítica (figura 10.2). Quilomicrones Proteínas Fosfolípidos Á Las grasas del tejido adiposo además de constituir una fuente de reserva energética para suplir las necesidades del organismo cuando éste lo necesite o haya poca cantidad de carbohidratos, es un factor importante para regular la temperatura corporal, bien como aislante térmico o como material para la termogénesis, cuando el animal se somete a un frío intenso. También actúan como agentes antitraumáticos. Las grasas en el tejido adiposo no deben ser consideradas como el producto de un metabolismo pasivo, pues ellas están en constante intercambio por medio de un metabolismo dinámico. Debemos señalar que el tejido adiposo está directamente influido por la composición de los alimentos ingeridos. Así, con una alimentación normal y variada el animal forma grasa fisiológica, mientras que cuando en la dieta prevalece un tipo de grasa en cantidades apreciables, estas influyen en el contenido normal de la grasa del tejido adiposo, en su composición, la cual cambia adaptándose a las grasas ingeridas y modificando las propiedades físicas y químicas de dicho tejido. También puede ocurrir liponeogénesis en el tejido adiposo a partir de carbohidratos y síntesis de ácidos grasos a partir del acetil CoA de la glucosa. 10.3 GRASA EN LOS DEMÁS TEJIDOS Todos los tejidos del organismo animal necesitan de las grasas para su normal funcionamiento. La mayoría de las estructuras celulares y subcelulares son de constitución lipoprotéica, tanto la membrana celular como el retículo endoplasmático, el aparato de Golgi y otros elementos celulares están formados o contienen lípidos en su estructura. Estos toman los lípidos de la circulación general y a partir de ellos forman sus propias estructuras, la mayoría del tipo de las esfingomielinas, cerebrósidos y gangliósidos. También en estos tejidos pueden ser usadas como fuente de energía. 10.4 HíGADO Y METABOLISMO GRASO El hígado, al igual que en el caso del metabolismo de los glúcidos y las proteínas, tiene una participación destacada en el metabolismo de las grasas. En él ocurren varios procesos relacionados con estos compuestos, que veremos posteriormente, tales como síntesis y oxidación (beta oxidación) de los ácidos grasos, síntesis y degradación del glicerol, síntesis del colesterol, sales biliares y de la mayoría de los compuestos de los fosfolípidos y la síntesis de los triglicéridos. El hígado es también el lugar donde ocurre mayormente la liponeogénesis a partir de los carbohidratos. También se produce desaturación y saturación de ácidos grasos. La desaturación de los ácidos grasos en el hígado es un factor limitado a los de un solo doble enlace, por lo que los ácidos grasos de dos o más dobles enlaces no pueden ser formados en éste orden. Así, el linoléico, linolénico y el araquidónico se deben considerar como ácidos grasos esenciales que deben estar presentes en las dietas. Las funciones de estos ácidos grasos esenciales parecen ser varias. Se encuentran en los lípidos estructurales de las células, en la membrana de las mitocondrias y en otros elementos celulares. A partir de ellos se forman las prostaglandinas. El papel del hígado en la cetogénesis será señalado posteriormente. Una función hepática de gran importancia en relación con los lípidos es la formación de las lipoproteínas hepáticas. Las lipoproteínas del hígado, como su nombre lo indica, están formadas por dos fracciones; una proteica y otra lipídica que contiene una mezcla de triglicéridos, fosfolípidos y colesterol. Según esto pueden tener diferentes índices de densidad clasificándose en: Lipoproteínas de muy baja densidad (VL DL), lipoproteínas de baja densidad (LDL) y lipoproteínas de alta densidad (HDL). Las lipoproteínas de muy baja densidad presentan mayor concentración en glicéridos, mientras las de baja densidad tienen mayor proporción de colesterol y las lipoproteínas de alta densidad incorporan mayor por ciento de fosfolípidos. El incremento de niveles de las dos primeras puede traer trastornos al metabolismo de las grasas. Uno de los hígados grasos más estudiados se debe a falta de factores necesarios para formar fosfolípidos de la lipoproteína, movilizadora de los glicéridos. Estos factores se conocen como factores lipoprótidos. Los ácidos grasos de los glicéridos son incorporados a la lipoproteína de baja densidad y llevados al tejido adiposo. Estos ácidos grasos pueden tener su origen de la síntesis hepática a partir del acetil CoA proveniente de los glúcidos, por incorporación de AGL, desde la circulación o por la captación de los quilomicrones, de forma que cuando se alternan estos mecanismos, se puede producir acumulación de grasas en forma de triglicéridos en el hígado. Una extensa acumulación debe considerarse como patológico, lo que puede producir cambios fibróticos y hasta una fibrosis con el tiempo. El hígado graso puede producirse por dos motivos, en primer lugar por niveles elevados de AGL plasmáticos por una movilización exagerada. En este caso el hígado forma triglicéridos, pero no tiene lipoproteínas en cantidades suficientes para movilizar, por lo que estos se acumulan. Tal es el caso de dietas ricas en grasas, inanición, diabetes, cetosis, alimentación abundante en colesterina, biotina y tiamina, acción hormonal continuada, etc. El segundo tipo se debe a una deficiencia en la producción de las lipoproteínas, bien por bloqueo de la síntesis de la proteína, o de la lipoproteína como tal y están relacionadas con la colina y los procesos de transmetilación de la metionina a partir de donde se puede formar la colina necesaria para los fosfolípidos. De forma similar actúan otros elementos, que bien directa o indirectamente ayudan a la síntesis de la colina o a la salida del hígado, los que también deben considerarse como agentes lipotrópicos. Por ello, además de la colina y la metionina, debemos considerar a la etanolamina, las betaínas, caseína, B12 ácido fólico, inositol, Mg y la vitamina E como agente lipotrópicos. Los factores que producen el efecto inverso se denomina antilipotrópicos (favorecen al hígado graso) e incluyen el alfa-amino beta-etil mercapto butírico, cloroformo, fósforo, plomo y el arsénico. Muchas de estas sustancias inhiben la síntesis proteica hepática. Además, la deficiencia proteica, de ácidos grasos esenciales y de algunas vitaminas como la B6, la E y el ácido pantoténico pueden provocar infiltración grasa en el hígado. 10.5. METABOLISMO DE LA GLICERINA La glicerina o glicerol tiene un metabolismo estrechamente relacionado con los glúcidos a partir de donde puede ser sintetizada sin dificultad por medio del 3 fosfo hidroxi acetona, compuesto producido en la glucólisis. De esta forma puede sintetizarse la glicerina necesaria para la formación de triglicéridos del hígado y demás tejidos. La vía oxidativa del glicerol incluye una transformación en 3 fosfo gliceraldehído y por una serie de reacciones similares a la glucólisis produce finalmente ácido pirúvico. Este puede ser oxidado posteriormente por el ciclo tricarbóxilico hasta C02 y H20 o puede ser convertido en glucógeno, de forma que el glicerol resulta gluconeogénico. En la figura 10.3 podemos apreciar las principales vías metabólicas relacionadas con el glicerol. NADP Á CO2 NADPH2 En este esquema se comprende la íntima relación entre el glicerol y los azúcares. La utilización del glicerol contenido en los alimentos depende de si el tejido posee la enzima glicerocinasa. La forma activa, utilizada para la formación de los glicéridos es la fosfoglicerina formada por la acción de la glicerocinasa a partir del glicerol exógeno o a partir de la fosfo hidroxiacetona. 10.6 METABOLISMO DE LOS ÁCIDOS GRASOS 10.6.1 Beta oxidación La oxidación de los ácidos grasos fue señalada hace varios años por Knoop quien explicó los mecanismos fundamentales de este proceso, el cual recibe ese nombre por la oxidación de la cadena del ácido graso a partir del grupo carboxilo con liberación de acetil CoA. La beta oxidación es, por tanto, el mecanismo fundamental de oxidación de los ácidos grasos que se lleva a cabo por varias enzimas presentes en las mitocondrias, las cuales reciben el nombre de oxidasas de los ácidos grasos, íntimamente relacionadas con la cadena respiratoria. El proceso comienza por la activación del ácido graso por una tiocinasa, enzima que actúa acoplada a la CoA y al ATP. Este es el único paso de la oxidación del ácido graso que requiere energía. Esta tiocinasa, que en verdad es una sintetasa, existe en la célula bajo tres formas encargadas de activar los ácidos grasos de bajo, medio y alto peso molecular respectivamente. Esta reacción produce los acil CoA correspondientes. Posteriormente estos acil CoA son transportados al medio intramitocondrial por el sistema transportador de la carnitina, continuando el proceso dentro de las mitocondrias. El ácido graso activado o acil CoA es deshidrogenado por la acil CoA deshidrogenasa, que depende del FAD, lo cual da como resultado un acil - alfa - beta desaturado CoA, que rápidamente capta agua formándose el beta – hidroxi acil CoA. Una deshidrogenasa que depende del NAD forma el beta ceto acil CoA correspondiente. Finalmente es escindido por la tiolasa (beta – ceto tiolasa), completamente por la presencia de la otra molécula de CoA, con liberación de una molécula de acetil CoA y la formación de un acil CoA derivado, con dos átomos de carbono menos que el inicial. Este último comienza nuevamente el proceso. Esto puede ser esquematizado de la siguiente manera a partir de un ácido graso, por ejemplo el palmítico (figura 10.4). FIGURA10.4 Figura10.5 10.4 Oxidación Oxidación ácido del palm Ácido ítico palmítico FIGURA Oxidación del Ácido palmítico Á NAD Como puede observarse en el esquema antes señalado, al terminar el proceso de la beta oxidación se libera una molécula de acetil CoA y queda un ácido graso activado de dos carbonos menos que el inicial, que puede a su vez iniciar la secuencia de reacciones pasando por las mismas etapas y de esta forma los ácidos grasos son oxidados en el carbono beta de dos en dos (figura 10.5), liberándose finalmente acetil CoA como producto final de todo el proceso. Es considerable también la producción de NADH2 y FADH2 (reducidos), los cuales aportan sus hidrógenos a la cadena respiratoria para la síntesis de ATP. FIGURA10.5 Beta oxidación de los ácidos grasos FIGURA 10.4. Beta FIGURA10.5 Betaoxidación oxidaciónde delos losácidos ácidosgrasos. grasos Á til CoA El acetil CoA producido puede ser incorporado, en los tejidos extrahepáticos, al ciclo tricarbóxilico y oxidado totalmente a C02 y H20 por este medio y en los tejidos hepáticos son transformados en cuerpos cetónicos. Por este mecanismo se oxidan los ácidos grasos de los de mayor peso molecular a los de menos peso molecular pasando los primeros a sus homólogos correspondientes de dos átomos de carbono menos, de forma que la oxidación completa de palmítico (16 carbonos) libera 8 acetil CoA BALANCE ENERGÉTICO DE LA OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS Hemos tomado como ejemplo para explicar la beta oxidación al ácido palmítico; podemos seguir con éste ejemplo para determinar la cantidad de energía producida por la oxidación de los ácidos grasos. En este balance debemos tener en cuenta la energía que se produce por la oxidación del FADH2 y el NADH2 en la cadena respiratoria y por el acetil CoA producido. El ácido palmítico (C602H32), por beta oxidación total origina 8 moléculas de acetil CoA, 7 FADH2 y 7 NADH2 (reducidos). Como cada acetil CoA que se oxida en el ciclo produce material reductor para sintetizar 12 ATP, cada FADH2 produce dos ATP y cada NADH2 produce a su vez tres ATP. La oxidación total de éste ácido produce 131 enlaces macro energéticos en forma de ATP, descontando los dos iniciales, quedan 129 ATP como rendimiento neto. Podemos representar todo el proceso de la manera siguiente: Quiere esto decir que la oxidación de un mol de ácido palmítico (288 g) producen 4 079 kJ, o sea, 976 Kcal lo que se considera un alto rendimiento energético mayor que los de los glúcidos. Por ejemplo un mol de glucosa (180 g) produce 38 ATP equivalentes a 1190 kJ (igual a 285 kcal), mientras un mol de ácido capróico (116 g) a igual número de carbonos de la glucosa produce 44 ATP equivalente a 1358 kJ (o sea, 321 kcal). Obsérvese que en el caso de los lípidos con menos masa se obtiene mayor cantidad de energía. Esto significa que los lípidos producen más cantidad de energía que los glúcidos lo que es posible ya que estos productos están menos oxidados al ser ingeridos por los animales y por tanto permiten un mayor grado de oxidación en el organismo, con mayor producción de energía. Así, si comparamos un ácido graso de seis carbonos con un glúcido de igual número de carbonos, se comprende el grado de oxidación menor de las grasas: Á De esta manera, el cociente respiratorio producto de dividir el CO 2 producido entre el oxígeno consumido (CO 2 /O2) en las grasas sería 0,7, aproximadamente, mientras que en los glúcidos sería 1. Esto explica el hecho de que a menor cociente respiratorio mayor producción de energía. 10.6.2 0rigen y degradación de los cuerpos cetónicos. Muy estrechamente relacionados con la oxidación de los ácidos grasos se presenta un fenómeno conocido genéricamente con el nombre de cetosis. El hígado es el principal órgano formador de cuerpos cetónicos fisiologicamente (cetogenético), en los rumiantes debe añadirse la glándula mamaria y la pared del rumen, mientras que los tejidos extrahepáticos utilizan estos cuerpos cetónicos para la obtención de energía, como sustrato, por lo que son cetolíticos. La cetosis se produce por aumento anormal de los cuerpos cetónicos en la sangre, los cuales se originan en la oxidación de las grasas. Se conocen tres cuerpos cetónicos: el beta hidroxibutírico, el beta cetobutírico o aceto acético y el producto de la descarboxilación de éste, acetona o propanona. =O El origen de los cuerpos cetónicos está en la oxidación de las grasas y su cuantía, en el grado de esta oxidación, en relación con una deficiencia en la utilización del acetil CoA por incapacidad del ciclo tricarbóxilico de metabolizarlos. El beta ceto butiril CoA es el principal cuerpo cetogenético y se puede producir por dos mecanismos diferentes: al producirse la beta oxidación, los ácidos grasos son degradados, llegando al ácido graso activado de 4 carbonos, el butiril CoA. Este compuesto no puede ser oxidado totalmente por el hígado por no poseer las enzimas necesarias para ello, por lo que es llevado, como beta cetobutiril, por la circulación a los tejidos extrahepáticos donde es convertido en dos moléculas de acetil CoA y oxidado por medio del ciclo tricarbóxilico. El beta cetobutiril CoA es uno de los compuestos que puede originar cuerpos cetónicos. Por otra parte, hay que señalar que producto de la beta - oxidación que está ocurriendo en el hígado, se producen grandes cantidades de acetil CoA que no son oxidadas en el ciclo tricarbóxilico del hígado. Este acetil CoA de la beta oxidación puede también originar cuerpos cetónicos por condensación de dos moléculas de ella para formar el beta - cetobutiril CoA, por reversión de la reacción catalizada por la tiolasa. La formación de los cuerpos cetónicos a partir del ácido beta - cetobutiril CoA (acetoacetil CoA) se puede explicar por dos reacciones: en primer lugar por reacción de la deacilasa se puede producir la separación de la coenzima A según la siguiente reacción: Á La segunda reacción implica la unión del beta -cetobutiril CoA con otra molécula de acetil CoA, la cual se desdobla en acetil CoA y cetobutírico (figura 10.6). Beta hidrixi, beta metil Glutaril CoA sintetasa Liasa Ambas vías están en estrecha relación, según vemos en la figura 10.7. Hay que señalar que la producción de cuerpos cetónicos por el hígado significa en la práctica un gran ahorro de coenzima A para el hígado y constituye un proceso fisiológico, normal del hígado. Surge por ello la interrogante:¿No será la producción de cuerpos cetónicos por el hígado una vía para retener CoA requerida para la oxidación de los ácidos grasos? Todo parece indicar que sí. El beta cetobutírico formado puede originar beta – hidroxi butírico (compuesto predominante en la cetosis) y acetona, que aparece en el sudor, orina, aliento, leche, etc. dando el olor acetónico típico de los animales que presentas estos trastornos. El incremento de estos tres compuestos producen cetosis o acidosis cetónica, y las causas están dadas por todos los mecanismos que incrementan la movilización de los ácidos grasos hacia el hígado o los que impiden la oxidación de la acetil CoA en el ciclo tricarbóxilico. Debemos recordar que éste ciclo se mantiene fundamentalmente a partir del oxaloacético aportado por los glúcidos, de forma que siempre que exista déficit de glúcidos a nivel celular, estarán incrementados los cuerpos cetónicos, primero por una movilización exagerada de las grasas para suplir los requerimientos energéticos del organismo y segundo por la dificultad de oxidar el acetil CoA. Á CoA β Cetobutírico Acetona Normalmente los cuerpos cetónicos son metabolizados por los tejidos extrahepáticos por dos vías: a) el beta ceto butírico puede convertirse por medio del succinil CoA en beta ceto butiril COA en el riñón, pulmón, intestino, corazón, etc., y posteriormente por la tiolasa es convertido en dos moléculas de acetil COA y oxidado por la vía del ciclo de Krebs: Tiolasa Á b) También puede ser activado directamente por la tiocinasa en estos tejidos 2 2 3 3 Mientras que el hidroxibutírico puede ser convertido en cetobutírico por una deshidrogenasa o activado directamente, disminuyendo por estos dos mecanismos el nivel de cuerpos cetónicos. En esta función radica el efecto cetolítico de los tejidos extrahepáticos, lo que depende, claro está, del nivel de glucosa de los mismos que permitirá la oxidación del acetil CoA, con el cual mantienen un equilibrio los cuerpos cetónicos. Entre ambos procesos, cetogénesis y cetólisis, existe un equilibrio fisiológico en condiciones normales. También es evidente la relación que existe entre la producción de cuerpos cetónicos y la oxidación de las grasas por un lado y la degradación de los cuerpos cetónicos, la glucólisis y el ciclo de Krebs por otro lado, en relación muy directa entre el hígado y los tejidos extrahepáticos y el metabolismo de los glúcidos y los lípidos en general, según vemos en la figura 10.8. La cetosis como tal debe considerarse como un fallo del metabolismo, que se presenta en la diabetes mellitus, la cetosis bovina y la toxemia del embarazo de las ovejas. Las causas de este trastorno pueden ser varias según el tipo de cetosis, pero desde el punto de vista bioquímico el proceso es similar: empobrecimiento de los carbohidratos a nivel celular y exagerada movilización de las grasas, lo que provoca el incremento de los cuerpos cetónicos. Los dos primeros de estos compuestos son ácidos moderadamente fuertes y normalmente son amortiguados por los sistemas buffer de la sangre, sin embargo, cuando incrementan sus valores esto no es posible, por lo que se produce una acidosis de forma que el proceso en su conjunto es una acidosis cetónica, con cetonémia y cetonuria. Por otra parte, es indudable que en el rumiante se presentan características especiales que lo hacen muy susceptible al incremento del nivel de cuerpos cetónicos. Por un lado tenemos la producción de ácidos grasos volátiles (AGV) del rumen, entre los cuales están el acético y el butírico, ambos con carácter cetogenético. Esto ligado a los bajos niveles de glucosa, que producto del propio proceso ruminal, normalmente presenta este animal, con el agravante, en las vacas lecheras de alta producción, de la gran cantidad de glucosa destinada a la producción de lactosa por la glándula mamaria. FIGURA 10.8 Interrlacion de los cuerpos cetónicos con glúcidos y lípidos Esto hace que el rumiante destine gran parte de la glucosa producida por la vía de la gluconeogénesis a la producción láctea. Pudiendo provocar en algunos casos estados de hipoglucemia, además de considerar los bajos niveles de la glucosa sanguínea en condiciones normales. La hipoglucemia provoca por otro lado un efecto estimulador sobre la liberación del glucagón que a su vez estimula la liberación de la glucosa hepática, sin embargo, esta hormona provoca también liberación de ácidos grasos del tejido adiposo con el consecuente incremento de la oxidación de las grasas y de los cuerpos cetónicos. Todo ello provoca serios trastornos metabólicos en el rumiante que conducen a la cetosis. Como es lógico, un estudio de la cetosis como tal no corresponde con los objetivos de este texto, por ello sólo hemos hecho referencia a la producción de cuerpos cetónicos y algunos factores relacionados. 10.6.3 Síntesis de los ácidos grasos La síntesis de los ácidos grasos ocurre en varios tejidos del organismo animal, así el hígado, el riñón, el tejido adiposo y la glándula mamaria, entre otros, son capaces de sintetizarlos. El material necesario para ello es el acetil CoA aportado por medio de los glúcidos. Se requiere también del aporte del NADPH2 (reducido), el cual se origina por la vía de la derivación de la hexosa monofosfato (ciclo de las pentosas) como elemento aportador de hidrógeno. La síntesis de los ácidos grasos requiere de acetil CoA proveniente de los glúcidos, no oxidado en el ciclo de Krebs según vemos en el siguiente esquema: Citoplasma Á Ácido cítrico Á El pirúvico procedente de la glucólisis entra en las mitocondrias y se transforma en acetil CoA que unido al oxaloacético se transforma en ácido cítrico. La no oxidación del cítrico en el ciclo de Krebs permite su paso al citoplasma donde la cítrico liasa lo descompone en acetil CoA y oxaloacético. El acetil CoA es la fuente primaria para formar los ácidos grasos en dependencia del estado metabólico del organismo. También es necesario el ATP, varias enzimas y coenzimas, entre otras la biotina (vitamina del complejo B). En la síntesis de ácidos grasos debemos distinguir dos procesos: en primer lugar, la elongación o "crecimiento" de los ácidos grasos existentes de moderado PM por medio de un sistema mitocondrial con cierto parecido a la oxidación y en segundo lugar un sistema extramitocondrial muy activo que está responsabilizado con la síntesis total de los ácidos grasos. En condiciones anaeróbicas, las mitocondrias producen la incorporación del acetil CoA a los ácidos grasos de moderado PM. El sistema opera como semejanza a la reversión de la oxidación y requiere ATP, NADPH2 y NADH2. Se señala también la necesidad del fosfato de pirodoxal. El sistema extra mitocondrial es el que produce la síntesis de la mayor cantidad de ácidos grasos sobre todo el palmítico y el esteárico que son los predominantes en el tejido animal, requieren NADPH2, ATP y CO2. La enzima clave de éste proceso es la acetil CoA carboxilasa o malonil sintetasa, que requiere de la biotina como elemento portador del C02 La malonil CoA sintetasa es una enzima alostérica que requiere del modulador positivo en este caso del ácido cítrico o del isocítrico. De esta manera se produce el malonil. CoA que es la forma activa de incorporarse al acetil CoA a la síntesis de los ácidos grasos. La síntesis de los ácidos grasos requiere de una proteína portadora de grupos acilos (acyl carrier protein, ACP) y de seis enzimas; la enzima condensante (EC) dos transferasas, dos reductasas y una hidratasa. La ACP y la EC presentan restos de cisteína (-SH) en los centros activos que fijan los radicales acilos. El proceso de la síntesis del ácido graso se inicia como señalamos con la formación del malonil CoA a partir de acetil CoA y la posterior condensación de este con el primer grupo acetil, procedente también del acetil CoA, que actúa como cebador de la enzima, quedando formado un beta ceto acil, en este caso el beta ceto butiril, que se mantiene unido a la ACP y el cual es reducido por las otras fracciones enzimáticas de la enzima ácido graso sintetasa. Este primer paso ha quedado desarrollado en la figura 10.9 á A continuación tiene lugar el procesó reductor en el carbono beta con el aporte de NADPH2, bien directamente o bien por medio del FMN hasta producir el correspondiente acil saturado. En este proceso el cetobutiril y los productos siguientes se mantienen unidos formando un complejo multienzimático. Estos pasos se pueden representar según la figura 10.10. El radical de butiril es transferido a continuación al grupo -SH de la enzima condensante (EC) quedando libre el -SH de la ACP, lo cual incorpora un resto de malonil procedente del malonil CoA. Tiene entonces lugar la condensación del radical del butiril con el malonil, con pérdida del C02, formándose el beta ceto caproil el cual repite el proceso reductor y así de nuevo hasta llegar al palmítico. á NADPH2 ACP NADP ACP ACP ACP ACP La síntesis es realizada por varios tejidos, entre los que se destacan el hígado, corteza adrenal, testículos, ovarios, piel, intestino y otros; el acetil CoA procedente de la glucosa es el compuesto que lo origina. La insulina estimula su síntesis. Tiene lugar ahora la acción de una tioestearasa que libera el ácido palmítico como tal y también puede ocurrir la incorporación del palmítico a una molécula de coenzima A apareciendo como Palmitil CoA. El proceso ocurre en la parte extramitocondrial de la célula del hígado, pulmón, glándula mamaria y otros tejidos que requieren del aporte constante de acetil CoA y de energía. El acetato proviene fundamentalmente de los carbohidratos, que por esta vía aportan a la síntesis de los lípidos (lipogénesis) un material fundamental, no oxidado por la vía del ciclo tricarbóxilico. Los ácidos grasos sintetizados se unen al glicerol, que puede ser aportado también por lo glúcidos y en forma de triglicéridos son almacenados en el tejido adiposo y en otros tejidos en menor proporción. En la mitocondria por otra parte, a partir de este ácido palmítico tiene lugar el proceso de elongación con la producción de diferentes ácidos grasos de 18, 20, 22 y 24 átomos de carbono por la incorporación directa de acetil CoA. Este mecanismo es muy similar a la beta-oxidación en sentido contrario y usa enzimas propias de este proceso metabólico. De igual manera ocurre en el retículo endoplasmático. 10.7 METABOLISMO DEL COLESTEROL Pocas moléculas en el campo de la bioquímica y de la medicina han sido tan controvertidas, tan difamadas y tan sujetas a criterios especulativos como el colesterol al cual se le atribuyen, algunas veces injustificadamente, muchas de las enfermedades que padece el hombre. Stryer (1990) señala que es una de las moléculas mas estudiadas del mundo pues 13 premios Novel han hecho referencias en sus estudios, directa o indirectamente, al colesterol. Por la relación de las enfermedades cardiovasculares con sus altos niveles en sangre es uno de los lípidos que mas publicidad ha recibido, sobre todo negativa. ¿Cuantas veces no hemos visto etiquetas que dicen”sin colesterol” con el objetivo de propiciar la venta de algún producto? Esto nos trae el mensaje de que eso (el colesterol) es malo. La misma medicina se encarga de potenciar este estado de opinión al hablarnos de un colesterol “malo” y un colesterol “bueno”, conceptos que nada tienen que ver con la ciencia. La llamada molécula Jano, en honor al dios de le Mitología Romana que tenía una cara agradable y la otra desagradable, es sin duda una de las biomoléculas mas incomprendidas que existe estando situada junto al lado de las cosas verdaderamente malas como el excesivo consumo de alcohol, el exceso de azúcar, el tabaquismo y el exceso de sal, entre otros problemas de la sociedad moderna. El colesterol esta presente en todas las membranas celulares y subcelulares de los tejidos animales y es sintetizado ampliamente en el hígado y otros tejidos; juega un importante papel en la función de la membrana celular, constituyendo una condición esencial para el desarrollo de la vida. Sus propiedades químicas, caracterizada por su casi absoluta insolubilidad en agua, es lo que le hace a su vez tan importante y tan peligroso, participando en la regulación del grado de fluidez y consistencia de la membrana celular, pues se ubica en el interior de la misma junto a las cadenas hidrófobas de los ácidos grasos de los lípidos polares de la membrana celular. 10.7.1 Colesterol de la dieta. Las necesidades diarias de colesterol son de unos 800 a 1000 mg en el adulto que se satisfacen por medio de la dieta y por la síntesis endógena del mismo. La dieta aporta el colesterol exógeno por medio de las grasas de origen animal (sobre todo los huevos y las vísceras) que constituyen las fuentes esenciales de colesterol, donde el mismo se encuentra formando parte de los lípidos de estos productos, bien como colesterol libre o como colesterol esterificado. Esta ausente, aunque no totalmente, en las grasas de origen vegetal. A continuación una tabla con el contenido de colesterol de varios alimentos. Niveles de colesterol en los principales alimentos (miligramos de colesterol por cada 100 gramos del alimento comestible). Según Botella (2002) Alimento Sesos de vaca, ternera y cordero Yema de huevo Sangre Huevo entero Riñones de vaca, ternera y cerdo Hígado de vaca, pollo, cerdo y cordero Mantequilla Langosta Queso Jamón Carne semigrasa de cerdo Manteca de cerdo Chuleta de cerdo Sardina Carne de vaca Filete de pollo y de ternera Carne magra de cerdo Costilla de ternera Pato Bonito en aceite Jurel Carne de carnero, cabra y caballo Merluza Conejo Leche entera Chocolate con leche Yogurt natural Clara de huevo Colesterol 2200 1600 800 512 370 300 250 200 171 125 121 106 103 100 90 80 80 75 70 70 60 60 50 50 14 10 4 0 El análisis de la composición de colesterol de estos alimentos nos indica que la dieta no es suficiente para satisfacer las necesidades diarias (unos 800 mg) por lo cual se asegura su síntesis endógena por el hígado. Igualmente nos indica que si vamos a desechar los alimentos por contener colesterol prácticamente no tendríamos nada que comer. Las carnes, la mantequilla, la leche, el pescado, el queso y otros productos si bien tienen colesterol, según vemos en la tabla, no logran satisfacer las necesidades diarias y además no contienen exageradas cantidades, como a veces creemos. Por ejemplo, para satisfacer las necesidades diarias de colesterol a partir de carne de cerdo seria necesario ingerir un kg de esta carne. La relación de la dieta con los niveles de colesterol es referida por varios autores. Los esteres del colesterol de la dieta no pueden ser absorbidos siendo necesario su hidrólisis, lo que se realiza por medio de la colesterolestearasa que libera colesterol libre que forma parte de los quilomicrones. Por otra parte la excreción del colesterol se realiza por la bilis como coprosterol y en forma de ácidos y sales biliares estando regulado su reabsorción por las necesidades diarias y el aporte de colesterol en la dieta. El hígado tiene una gran capacidad para metabolizar el colesterol. La “vida” promedio de una molécula de colesterol en el hígado es de unos 8 días y de unos 30 días en el tejido extrahepático. Esto indica que si suprimimos el colesterol de la dieta a los 30 días no tendríamos colesterol en el organismo, de solo existir el colesterol de origen exógeno. Es importante señalar que el hombre, como animal omnívoro, durante miles de años de evolución incluyó en su dieta grasas de origen animal y en menor cuantía grasas vegetales y está perfectamente adaptado al colesterol de la dieta. Además es importante recordar que fue precisamente la inclusión de las carnes rojas en su dieta un factor esencial para su desarrollo y evolución. Una relación más directa presentan los ácidos grasos de la dieta. El exceso de ácidos grasos saturados en la dieta de origen animal incrementa los niveles de colesterol. No deben pasar del 10 % de las calorías de la dieta. Los ácidos grasos monoinsaturados como el de oliva, es decir el oleico, (Omega 9) se asocia a bajos niveles de colesterol e incremento de las HDL (colesterol bueno) y reducen las posibilidades de enfermedades cardiovasculares. Pueden aportar el 15% de las calorías de la dieta. Los ácidos grasos poliinsaturados como los presentes en las grasas del girasol, maíz, soya y otros, que son de las serie Omega 6, se recomienda que estén en alrededor del 7 % de la calorías de la dieta. El consumo de ácidos grasos Omega 3, como por ejemplo, el de los pescados y los mariscos, reducen los niveles de colesterol. En resumen las grasas deben aportar del 25 al 30% de las calorías de la dieta con una relación adecuada saturados/ desaturadas. Los componentes no grasos de la dieta también tienen relación con los niveles de colesterol. Los carbohidratos (arroz papas, pastas etc.) deben constituir un 60% y no mas del 80 % de las calorías de la dieta. El exceso aumentan los triglicéridos de origen endógeno y finalmente el colesterol. La fibras de los cereales, las frutas y las verduras ayudan el transito de los alimentos y además contiene saponinas que compiten con la absorción del colesterol y reducen el riego de enfermedades cardiovasculares, además de contener antioxidantes con su efecto beneficioso. Las proteínas alrededor del 10% de las calorías totales. Es bueno señalar que siempre que tengamos exceso de un tipo de grasa, sea vegetal o animal y si es vegetal de un solo tipo de vegetal, vamos a tener desbalances nutricionales. Recordemos que en el presente los aceites que ingiere la población son, fundamentalmente, de girasol y de soya, que son buenos, pero que lo mas recomendable siempre es el equilibrio nutricional con la ingestión de grasas vegetales variadas( de varios tipos) y de grasas animales incluyendo por supuesto de aves, cerdos, bovinos, leche, pescado, mariscos etc. en las cantidades requeridas. 10.7.2 Biosíntesis del colesterol. La biosíntesis del colesterol por el hígado es uno de los mecanismos bioquímicos más complejos e interesantes del metabolismo. Se trata de un proceso anabólico que requiere del aporte considerable de energía en forma de ATP y de acetil CoA proveniente de la glucólisis, así como de NADP reducido de la vía de la hexosa monofosfato. Se comprende que por ser el colesterol una molécula con 27 átomos de carbono, con varios ciclos y una cadena lateral, su síntesis, a partir del acetil CoA, que solo tiene dos, resulta un mecanismo sumamente complejo. Señalaremos por su importancia que a partir del acetil CoA se forma el beta cetobutiril CoA, después el beta hidroxi beta metil glutaril CoA y partir de aquí por acción de una enzima; la beta metil beta hidroxi glutaril CoA reductasa, se produce el ácido nevalonico. Del nevalonico por varios pasos se llega al colesterol. La enzima que cataliza este paso irreversible es la enzima clave en el proceso de síntesis del colesterol, siendo el nevalonico la etapa limitante de la síntesis. La actividad de la enzima reductasa está regulada por el nivel de colesterol; quiere esto decir que si suprimimos el colesterol de la dieta la enzima produce incremento de la biosíntesis del colesterol. El proceso es estimulado también por la insulina que activa la enzima y aumenta la síntesis endógena del colesterol. Derivado del isopreno 10.7.3 Circulación del Colesterol. Dada la absoluta insolubilidad del colesterol su circulación está siempre asociada a las lipoproteínas hepáticas y a los quilomicrones, lipoproteína del epitelio intestinal que capturan el colesterol de la dieta. Las lipoproteínas hepáticas se clasifican, según su densidad, en lipoproteínas de muy baja densidad (very low density lipoproteíns, VLDL), lipoproteínas de baja densidad (low density lipoproteíns, LDL) y lipoproteínas de alta densidad (hight density lipoproteíns, HDL) estas lipoproteínas difieren en su constitución por la cantidad relativa de proteínas y de diferentes lípidos. A continuación en la siguiente tabla la constituyentes de estas lipoproteínas. concentración en por cientos de los Densidad Proteínas Colesterol Fosfolípido Triglicérido % % % % Lipoproteína g/mL Quilomicrones <1.006 2 4 9 85 VLDL LDL HDL 0.951.006 1.0061.063 1.0631.210 10 19 18 50 23 45 20 10 55 17 24 4 Los niveles normales de estas lipoproteínas según el National Cholesterol Education Program son los siguientes (mg / dL) LDL HDL Colesterol Total Triglicéridos Bajo <35 - Normal 130 40 – 60 <200 3.6-7 mmol/L <100 Límite 130 – 160 30 – 40 200 – 240 Alto >160 >60 >240 200 – 400 >400 Para convertir los valores de Colesterol de mg en mmol/L se multiplica por 0.02586. La perdida de triglicérido convierte a las VLDL en LDL. La perdida de colesterol de la LDL puede convertirla en HDL. La HDL puede aceptar colesterol. La HDL tiene dos orígenes, se puede producir en el hígado y liberarse al plasma y también a partir de la VLDL y la LDL cuando pierden colesterol y lípidos. Los excesos de carbohidratos de la dieta son convertidos en ácidos grasos y aportados por el hígado al tejido adiposo en forma de VLDL donde son almacenados. 10.7.4 Regulación del metabolismo del colesterol. El metabolismo del colesterol está regulado por varios factores: entre otros, el colesterol de la dieta, el colesterol intracelular esterificado, el nivel de receptores de LDL, la enzima clave es decir la reductasa y por la acción hormonal del glucagón y de la insulina. Ya señalamos que la beta metil, beta hidroxi, glutaril CoA reductasa presenta una forma activa y una forma inactiva. La forma activa es inhibida alostericamente por el colesterol intracelular. La insulina estimula la transformación de la forma inactiva en activa incrementando la síntesis del colesterol mientras que el glucagón estimula la conversión de la forma activa en la inactiva inhibiendo su síntesis. Cada una de las lipoproteínas es captada por diferentes receptores celulares. El receptor de LDL es una proteína de 712 aminoácidos. Presenta 5 dominios, 4 de ellos en la cara exterior de la membrana y 1 en el interior del citosol. El gen del receptor de la LDL presenta 18 exones que son ensamblados para producir el RNAm necesario para su síntesis. Los niveles de colesterol intracelular dependen de la captación, por endocitosis mediada por receptores de la LDL. Una vez dentro de la célula la LDL es degradada liberando el colesterol que se guarda en el retículo endoplamático como gotas de lípidos. El colesterol intracelular estimula a la enzima Acil colesterol transferasa (ACAT) formando colesterol esterificado que se incluyen como gotas de grasa del retículo. A su vez el colesterol intracelular reduce la síntesis del receptor de LDL con lo que se reduce la captación del colesterol sanguíneo. El receptor es una proteína que depende del RNAm transcripto a partir del DNA, por ello también hay en última instancia una importante y fundamental regulación genética. La ausencia de receptores de membrana impide la captación de LDL incrementándose el colesterol sanguíneo y como hay poco colesterol intracelular se incrementa la síntesis a través de la estimulación de la reductasa lo que incrementa mas la síntesis del el colesterol formándose un círculo vicioso, base de la ateroesclerosis. 10.7.5 Hipercolesterolemias Niveles de colesterol en plasma por encima de 200 mg /dL (5mmol/L) se consideran incrementados. El incremento del colesterol en plasma ha estado asociado durante años a la ateroesclerosis , cuya manifestación principal es la cardiopatía isquémica., estado de perdida de la función de las arterias y por supuesto predisposición a trastornos de la circulación cardiaca, encefálica y de distintos órganos. Los factores predisponentes esenciales para las enfermedades cardiovasculares, además del colesterol elevado, son el tabaquismo, la hipertensión arterial, la diabetes mellitos y la obesidad. El estudio de esta patología en la Hipercolesterolemia Familiar, de origen genético, tanto en homocigotos como en heterocigotos ha despejado muchas dudas sobre la enfermedad. El defecto molecular de la mayoría de los homocigotos es la carencia, casi total, de los receptores de las LDL lo que provoca el aumento del colesterol en sangre y su deposito en las arterias en formas de placas ateromatosas con apoplejías y enfermedades vasculares periféricas. La mayoría de los homocigotos mueren por enfermedad coronaria durante la infancia. En los heterocigotos la enfermedad transcurre siguiendo un curso más variable y benigno. Recordemos que 1 de cada 500 individuos presenta esta enfermedad. Recientemente se discuten hipótesis que plantean que el problema no es el nivel de colesterol, ni inclusive el nivel de la LDL, si no el de las LDL oxidadas (oLDL) Al parecer se presentan dos fenómenos. Por un lado el incremento del nivel de colesterol (incremento de la LDL) por ausencia del receptor de LDL asociado a una alteración genética en el DNA con la consecuente insuficiencia para capturar la LDL. Estos individuos si son homocigotos no se desarrollan y si son heterocigotos presentan incrementos de los niveles de colesterol. Por otro lado esta la hipótesis de la modificación oxidativa para los casos donde el origen genético no es la causa principal. Esta hipótesis esta basada en que las células endoteliales oxidan a las LDL a oLDL que son captadas por receptores alternativos llamados “scanverger’ (barrendero o atrapador), los cuales no están sujetos a regulación normal pues no son, químicamente hablando, LDL lo que capturan sino oLDL con colesterol oxidado. El incremento de la LDL oxidada produce la lesión ateroesclerotica señalada anteriormente, lo que según recientes criterios altera la biodisponibilidad del NO (oxido nítrico) por inhibir la acción de la oxido nítrico sintasa inducible, que produce, a partir de la arginina del ciclo de la urea, el NO. A partir de esto y con menor cantidad de NO disminuye la capacidad de vaso relajación del endotelio. Por otra parte el NO es un potente inhibidor de la lipooxidación y de la oxidación de la LDL produciéndose un ciclo vicioso. Es por ello que muchos autores plantean que el principio radica en el nivel de antioxidantes. Los agentes antioxidantes impiden la oxidación de las LDL previniendo la formación de la ateroesclerosis. Varios ensayos indican la relación entre el incremento de la ingestión de antioxidantes, tales como la vitamina E, vitamina C, vitamina A, carotenoides, ubiquinol y otros con la disminución de la manifestación clínica de la ateroesclerosis. 10.8 METABOLISMO DE LOS FOSFOLÍPIDOS Al estudiar la función del hígado en el metabolismo de las grasas se destacó su relación con los fosfolípidos. Queda señalar de manera general algunos aspectos en relación con estos elementos. A partir del ácido fosfatídico se sintetizan los inositol fosfátidos, mientras que las lecitinas y cefalinas lo hacen por medio de los alfa - beta diglicéridos. En estos casos la colina y la etanolamina debe ser activada por medio del ATP. Las esfingomielinas requieren de la síntesis de la esfingocina, lo que ocurre a partir del palmitil CoA y de la serina, reacción que requiere vitamina B6 como coenzima. Posteriormente la colina, unida al citidín difosfato, se incorpora la esfingocina y después se esterifica a un ácido graso formando la esfingomielina. 10.9 REGULACIÓN DEL METABOLISMO DE LOS LÍPIDOS Al igual que el metabolismo de las proteínas y de los glúcidos el de los lípidos está regulado por varios factores entre los cuales se destacan también las hormonas, entre otros. En dependencia de estos factores se presenta un equilibrio entre la ingestión, el depósito y la movilización y oxidación de las grasas. Debe destacarse también un efecto genético sobre estos procesos, por cuanto existen determinadas razas de animales que depositan mayor o menor cantidad de grasas con la misma dieta. Por otra parte, la ingestión de grandes cantidades de glúcidos generalmente provoca obesidad por la facilidad con que estos son convertidos en grasas en el organismo animal. Muchos trastornos metabólicos producen también la obesidad. La administración de insulina va seguida de la caída de ácidos grasos libres, reforzando la lipogénesis y la síntesis de glicéridos y el depósito de grasas. Otras hormonas producen el efecto contrario, tales como la ACTH, TSH, glucagón y las hormonas del tiroides.