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ESTRUCTURA MOLECULAR Y
COMPORTAMIENTO DE LOS LÍPIDOS
BIOQUÍMICA II
DEFINICIÓN DE LOS LÍPIDOS
• Conjunto grande y heterogéneo de compuestos
químicos
de
gran
importancia
biológica
(Componentes de los tejidos biológicos).
• Poseen un alto contenido de ácidos grasos o de
cadenas hidrocarbonadas, formadas por la unión de
unidades de tipo isoprenoide (2-metil-1,3-butadieno).
• No forman macromoléculas, se agrupan entre sí y con
otras moléculas (lípidos complejos).
CLASIFICACIÓN DE LOS LÍPIDOS
Se clasifican de forma variada:
1. Composición:
• Simples: si su composición es C, H, y O.
• Compuestos: además contienen N, P, y S.
2. Saponificación:
• Saponificables o complejos, contienen ácidos grasos.
• No saponificables o simples, no contienen ácidos grasos.
3. Similitud estructural: 7 grupos
- Ácidos grasos
- Esfingolípidos
- Ceras
- Terpenos
- Fosfátidos de glicerina
- Esteroides
- Acilgliceroles (acilglicéridos o glicéridos).
FUNCIONES DE LOS LÍPIDOS
Cumplen variadas funciones importantes tanto para la célula como para el propio
organismo:
• Almacenamiento de energía. Los triacilgliceroles del tejido adiposo.
• Componentes de membrana biológicas. Los fosfátidos de glicerina, los
esfingolípidos y el colesterol.
• Aislante térmico. Preserva de la pérdida de calor (triacilgliceroles o triglicéridos
del tejido adiposo).
• Sostén y protección ante traumatismos físicos. Al acumularse alrededor de
algunos órganos
• Hormonal. Participan en la regulación de la actividad metabólica y fisiológica del
organismo (lípidos de naturaleza esteroidea)
• Actividad fisiológica y farmacológica. Prostaglandinas, tromboxanos y
leucotrienos, entre otros.
• Vitaminas. (vitamina A , vitaminas K, entre otras).
• Detergentes biológicos o tensioactivos. Las sales biliares.
ÁCIDOS GRASOS
• Son ácidos carboxílicos, mayormente no se encuentran libres en la materia
viva, forman parte de los lípidos complejos.
• Son monocarboxílicos, poseen una cadena hidrocarbonada apolar abierta y
no ramificada.
R – ((CH2)n – COOH
ÁCIDOS GRASOS
• Son compuestos anfipáticos: porción polar (COO-) interactúa con el agua
y otros solventes polares. Porción no polar (cadena apolar hidrocarbonada)
interactúa con solventes orgánicos y otros compuestos apolares.
ESTRUCTURA DE UN ÁCIDO GRASO
ÁCIDOS GRASOS
• Los ácidos grasos son:
- Saturados:
presentan
enlaces simples en su
cadena hidrocarbonada.
- Insaturados: presentan 1
ó más enlaces dobles en su
cadena hidrocarbonada.
- Sustituidos:
algún
hidrógeno
ha
sido
reemplazado por un grupo
químico.
ÁCIDOS GRASOS
ACIDOS GRASOS SATURADOS
FÓRMULA
NOMBRE
ACIDOS GRASOS INSATURADOS
NÚMERO DE CARBONOS Y
ENLACES DOBLES
NOMBRE
CH3-COOH
Acético o etanoico
16 : 1 (9)
Palmitoleico
CH3-CH2-COOH
Propiónico o propanoico
18 : 1 (9)
Oleico
CH3-(CH2)2-COOH
Butírico o n-butanoico
18 : 2 (9,12)
Linoleico
CH3-(CH2)3-COOH
Valérico o n-pentanoico
18 : 3 (9,12,15)
Linolénico
CH3-(CH2)4-COOH
Caproico o n-hexanoico
18 : 3 (6,9,12)
γ linolénico
CH3-(CH2)10-COOH
Laurico o n-dodecanoico
20 : 3 (8,11,14)
Dihomo γ linolénico
CH3-(CH2)12-COOH
Mirístico o n-tetradecanoico
20 : 4 (5,8,11,14)
Araquidónico
CH3-(CH2)14-COOH
Palmítico o n-hexadecanoico
20 : 5 (5,8,11,14,17)
5,8,11,14,17 eicosapentaenoico
CH3-(CH2)216-COOH
Esteárico o n-octadecanoico
ÁCIDOS GRASOS
• PROPIEDADES FÍSICAS:
• Los puntos de fusión y ebullición de los ácidos grasos saturados aumentan
al aumentar la longitud de su cadena hidrocarbonada, y en los insaturados
ambos puntos disminuyen al aumentar el grado de insaturación en éstos.
• A temperatura ambiente y en climas tropicales todos los ácidos insaturados
son líquidos, al igual que los saturados de menos de 10 átomos de carbono
y el resto son sólidos.
• Los ácidos grasos de cadena corta son más solubles en agua; pero a
medida que aumenta el tamaño de la cadena hidrocarbonada, esta
solubilidad decrece hasta hacerse prácticamente nula.
• Los ácidos grasos insaturados incrementa su solubilidad en solventes
polares (agua y otros) al incrementar su grado de insaturaciones.
• Los ácidos grasos saturados aumentan su solubilidad en los solventes
orgánicos al aumentar la longitud de la cadena hidrocarbonada.
ÁCIDOS GRASOS
PROPIEDADES QUÍMICAS:
• El pK de estos ácidos es aproximadamente 5.
• Reaccionan ( por el COOH) con grupos hidroxilos (OH) y originar ésteres
carboxílicos (acilgliceroles y fosfátidos de glicerina).
• Reaccionan (por el COOH) con un grupo amino y formar un enlace amida
(esfingolípidos).
• Con metales activos e hidróxidos los ácidos grasos originan sales:
R - COOH + Na – Na R-COO- + %H2
R - COOH + OHNa-Na R-COO- + H,O
• Las sales de aniones de ácidos grasos superiores con metales alcalinos, como el
sodio y el potasio, son solubles en agua; poseen carácter anfipático y son
tensioactivas (disminuyen la tensión superficial), en consecuencia presentan
acción detergente. También tienen la misma propiedad las sales formadas con los
ácidos biliares.
ÁCIDOS GRASOS
PROPIEDADES QUÍMICAS:
• Los ácidos grasos con el agua forman emulsiones inestable que al adicionarle un
detergente se logra estabilizarlas; la cola apolar de la molécula de jabón
interacciona con las vecinas, mientras que su cabeza polar interactúa con el medio
acuoso y originan las micelas.
• El ser humano es capaz de sintetizar ácidos grasos a excepción del linoleico,
linolénico y el araquidónico (ácidos grasos esenciales) y se los ingiere con la
dieta.
• La presencia de dobles enlaces en los ácidos grasos permite que intervengan en
reacciones de hidrogenación (conversión a ácidos grasos saturados),
halogenación (formación de dihalogenuros) y oxidación (produce ciertos
radicales libres como intermediarios, y aldehídos, hidroxiácidos, y compuestos de
cadena corta algunos de los cuales produce el enranciamiento de las grasas.
CERAS
Se forman por esterificación de ácidos grasos de cadena larga
con alcoholes mono hidroxilados (colesterol).
Ácido graso + colesterol
Ésteres de colesterol
ACILGLICEROLES O GLICÉRIDOS
• Son ésteres de glicerol con ácidos grasos.
Ácido graso + glicerol
Acilglicerol
• De acuerdo al número de ácidos grasos esterificados pueden ser:
- Monoacilgliceroles
- Diacilgliceroles
- Triacilgliceroles o triglicéridos.
• Los triacilgliceroles son los más importantes para el ser humano; los mono y
diacilgliceroles son intermediarios del metabolismo de los glicéridos. Son los
lípidos más abundantes en la naturaleza, constituyen una fuente importante de
energía para el organismo y es la forma de almacenamiento de energía en el tejido
adiposo.
ACILGLICEROLES O GLICÉRIDOS
ACILGLICEROLES O GLICÉRIDOS
• Los triglicéridos son ácidos grasos de cadena larga y saturados, son sólidos a
temperatura ambiente (mantecas), si sus ácidos grasos son saturados de cadena
corta (< 10 C) o insaturados son líquidos a temperatura ambiente (aceites).
• Los acilgliceroles por hidrólisis ácida da glicerol y ácidos grasos; y glicerol y
sales de sus ácidos (jabones) si el medio es alcalino (saponificación).
• Los acilgliceroles si contienen ácidos grasos insaturados pueden sufrir
hidrogenaciones, halogenaciones y oxidaciones.
• Las funciones de los triacilgliceroles son:
- Constituyen reserva energética.
- Actúan como fuente de energía.
- Intervienen en la regulación térmica del organismo.
- Actúan como sostén de órganos.
- Intervienen en la protección contra traumatismos físicos
FOSFÁTIDOS DE GLICERINA O GLICEROFOSFÁTIDOS
• Son lípidos complejos saponificables.
• Poseen estructura anfipática
• Formados por glicerol, 1 ó 2 residuos de ácidos grasos, un grupo fosfato y
otros compuestos.
• Se subdividen en:
- Ácidos fosfatídicos
- Posfatidil serinas (serín-cefalinas).
- Posfatidil etanolaminas (etanolamín-cefalinas).
- Fosfatidil colina (lecitinas).
- Fosfatidil inositoles (inositofosfátidos).
- Fosfatidil gliceroles y difosfatidilgliceroles
(cardiolipinas).
- Plasmalógenos.
FOSFÁTIDOS DE GLICERINA O GLICEROFOSFÁTIDOS
• Funciones:
-
-
-
Componentes de las membranas celulares.
Son precursores en la síntesis de los otros fosfátidos de glicerina y de
los acilgliceroles.
Las lecitinas y cefalinas intervienen en los procesos de la coagulación
sanguínea; respiratorios y digestivo de algunos lípidos.
Las fosfatidil colinas y los fosfatidilinositoles son donadores de ácido
araquidónico para la síntesis de prostaglandinas, tromboxanos,
prostaciclinas, leucotrienos y.
Dos compuestos formados a partir de un derivado del fosfatidil inositol
(el 4 ,5 bisfosfato de
fosfatidil inositol): el diacilglicerol y el
trifosfato de inositol actúan como segundos mensajeros de la acción
hormonal.
ESFINGOLÍPIDOS
• Son lípidos complejos que contienen un alcohol nitrogenado e insaturado de 18
carbonos, el esfingol o esfingosina
• Al esfingol se une un ácido graso por enlace amida, formando la cerámida.
• Se clasifican en: esfingomielinas (contienen P) y glicoesfingolípidos
(cerebrósidos, sulfatidos o sulfolípidos y gangliósidos)
• Funciones:
- Formar parte de la estructura de las membranas biológicas. Se encuentran
en grandes cantidades en la sustancia blanca del sistema nervioso central.
- Las esfingomielinas son componentes de las vainas mielínicas de los
nervios.
- Algunos glicoesfingolípidos por su carácter informacional le confieren
acción antigénica a la superficie de algunas células, lo que contribuye al
reconocimiento molecular de éstas.
- Los cerebrósidos y los sulfátidos forman parte de tejidos como el cerebro,
nervios, bazo y riñones, entre otros.
- Los gangliósidos aparecen en las células ganglionares del cerebro y de
tejidos no nervioso.
- Se les atribuye participación en la trasmisión del impulso nervioso.
TERPENOS
• Son lípidos isoprenoides, formados por unidades de isopreno (2-metil-1,3butadieno).
CH3
H2C = C - CH = CH2
ISOPRENO
• Los terpenos son compuestos heterogéneos, no saponificables, en su
mayoría de origen vegetal; son ejemplos importantes de este grupo las
vitaminas A (retinol), K (naftoquinonas antihemorrágicas) y E
(tocoferoles).
• Son terpenos también la coenzima Q o ubiquinona (componente de
la cadena respiratoria) y el escualeno, intermediario en la síntesis
del colesterol.
ESTEROIDES
• La característica estructural más sobresaliente de los esteroides, y que es
común a todos ellos, es la presencia del sistema policíclico denominado
ciclopentanoperhidrofenantreno.
• De acuerdo con la cadena lateral unida al carbono 17 y a diferentes
sustituyentes e insaturaciones, se forman los distintos esteroides. Muchos
de los esteroides poseen grupos metilos en las posiciones 10 y 13,
formando el esterano.
• Los esteroides se pueden agrupar en: esteroles (colesterol y vitamina D),
ácidos biliares, corticosteroides y progesterona ( hormonas suprarenales:
cortisol, corticosterona y aldosterona), andrógenos (androsterona y
testosterona) y estrógenos (estrona y β estradiol).
METABOLISMO DE LOS LÍPIDOS
BIOQUÍMICA II
UTILIZACIÓN Y TRANSPORTE DE LAS GRASAS Y EL COLESTROL
• Los triacilgliceroles (triglicéridos, grasa o grasa neutra) son los lípidos más
abundantes (90%) en los organismos vivos.
• La utilización de las grasas (en animales) está relacionada con el metabolismo de
Las lipoproteínas al igual que el colesterol.
• Los triacilgliceroles (TAG)se almacenan en los adipocitos (células especializadas
del tejido adiposo) en forma de glóbulos gigantes de grasa.
• Los TAG se encuentran en las semillas de las plantas mayormente en forma de
aceites líquidos (ácidos grasos insaturados) y proporcionan energía al embrión.
• Los TAG son la principal reserva de energía, amortiguador de golpes de los órganos
y aislante térmico.
• La oxidación (β-oxidación) de los ácidos grasos constituye la principal fuente de
energía para muchos tejidos animales.
• El cerebro no utiliza a los ácidos grasos como fuente de energía ( sólo glucosa)
pero puede adaptarse a emplear los cuerpos cetónicos provenientes de los lípidos.
UTILIZACIÓN Y TRANSPORTE DE LAS GRASAS Y EL COLESTROL
DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN DE LAS GRASAS
• Los TAG proceden de la alimentación, la biosíntesis de novo (hígado) y de las reservas
de los adipocitos .
• La insolubilidad en los medios acuosos es el principal problema para la digestión,
absorción y transporte de los lípidos de la dieta.
• Las sales biliares (detergentes, sintetizados en el hígado y almacenados en la vesícula
biliar) son importantes para la digestión y absorción de los lípidos a través de la mucosa
intestinal.
• La molécula de la sal biliar tiene superficies hidrófobas e hidrófilas (anfipatía) y le
permite orientarse en una interface aceite-agua de tal manera que la superficie hidrófoba
esté en contacto con la fase apolar y la hidrófila con el agua. Esta acción detergente
emulsiona los lípidos y da lugar a la formación de micelas, que permite el ataque de la
lipasa pancreática (enzima hidrosoluble) la cual degrada a las grasas en una mezcla de
glicerol, ácidos grasos, monoacilgliceroles y diacilgliceroles.
• Una proteína pequeña, la colipasa, ayuda en la fijación de la enzima en la interface
lípido – agua del complejo. Este cofactor activa a la enzima y es producido también por
el páncreas.
• En las grasas con abundantes ácidos grasos insaturados (ácido oleico y linoleico) se
absorben con facilidad, mientras que los lípidos con abundantes ácidos grasos saturados
(ácido palmítico y esteárico) se digieren y absorben lentamente.
MECANISMO DE ACCIÓN DE LA LIPASA PANCREÁTICA:
LIPASA PANCREÁTICA
INTERFACE LÍPIDO-AGUA
GOTAS EMULSIONADAS
COLIPASA
TAG
SALES
BILIARES
TAG DE LA
DIETA
Lipasa pancreática
Emulsión aceite - agua
2 ÁCIDOS GRASOS + 2
- MAG
Absorción por las células
de la mucosa
2 ATP
TAG
Formación de quilomicrones
LINFA
SANGRE
TEJIDOS
UTILIZACIÓN Y TRANSPORTE DE LAS GRASAS Y EL COLESTROL
TRANSPORTE DE LAS GRASAS A LOS TEJIDOS
Clasificación y funciones de las lipoproteínas
• Las familias de lipoproteínas se clasifican en función de su densidad.
• Las lipoproteínas humanas contienen apoproteínas (se sintetizan en el
hígado y en las células de la mucosa intestinas) en un total de 9 principales.
• Debido a que los lípidos tienen una densidad menor que las proteínas, el
contenido de lípido de una lipoproteína está inversamente relacionada con su
densidad (más lípido, menos densidad).
• La clasificación estándar se realiza en orden creciente de densidad:
quilomicrones, lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL), lipoproteínas
de densidad intermedia (IDL), lipoproteínas de baja densidad (LDL),
lipoproteínas de alta densidad (HDL) y lipoproteínas de muy alta densidad
(VHDL) .
• Las lipoproteínas tienen forma esférica, las partes hidrófobas (lípidos y
aminoácidos apolares) forman un núcleo interno y las estructuras hidrófilas
y los grupos de cabeza polar de los fosfolípidos se encuentran en el exterior.
UTILIZACIÓN Y TRANSPORTE DE LAS GRASAS Y EL COLESTROL
TRANSPORTE DE LAS GRASAS A LOS TEJIDOS
Clasificación y funciones de as lipoproteínas
• Las apolipoproteínas o apoproteínas poseen actividades bioquímicas
específicas, así la apo C-II activa la hidrólisis de los TAG por la lipoproteín
lipasa, su déficit ocasiona elevadas concentraciones de TAG en sangre y el
déficit de apo E con Alzheimer.
• Las lipoproteínas mantienen solubilizados unos 500mg de lípidos totales por
100mLde sangre, de los 500mg, 120mg son TAG, 220mg son colesterol y
160mg son fosfolípidos (fosfatidilcolina y fosfatidiletanolamina.
Transporte y utilización de las lipoproteínas
• Los quilomicrones transportan la grasa de la dieta desde el intestino a los
tejidos periféricos (corazón, músculo y tejido adiposo).
• Las VLDL transportan los TAG desde el hígado a los tejidos periféricos.
• Los TAG de los quilomicrones y de las VLDL se hidrolizan a glicerol y
ácidos grasos en la superficie interna de los capilares de los tejidos
periféricos, esta hidrólisis se da porque la apoproteína C II activa a la
lipoproteín lipasa.
UTILIZACIÓN Y TRANSPORTE DE LAS GRASAS Y EL COLESTROL
TRANSPORTE DE LAS GRASAS A LOS TEJIDOS
Transporte y utilización de las lipoproteínas
• Los ácidos grasos libres se absorben por las células próximas y los demás
(insolubles) se unen con la albúmina sérica para transportarse a células más
distantes. Los ácidos grasos absorbidos se catabolizan para generar energía
(ATP) o para volverse a sintetizar en TAG (células adiposas).
• Los quilomicrones y las VLDL se degradan para dar restos con abundantes
proteínas: VLDL originan las IDL y los quilomicrones originan restos de
quilomicrones. Las IDL y los restos de quilomicrones son captados por el
hígado (receptores específicos) y degradados por los lisosomas hepáticos.
Las LDL se sintetizan a través de las IDL mediante la apoproteína B-100.
• Las LDL son la principal forma de transporte (aporte) de colesterol a los
tejidos.
• Las HDL devuelven el exceso de colesterol de los tejidos al hígado para su
metabolismo o excreción.
• El hígado es el órgano de síntesis de las apolipoproteínas y una cirrosis
hepática crónica produce una acumulación de grasa en este órgano (hígado
graso).
UTILIZACIÓN Y TRANSPORTE DE LAS GRASAS Y EL COLESTROL
UTILIZACIÓN Y TRANSPORTE DE LAS GRASAS Y EL COLESTROL
LDL
UTILIZACIÓN Y TRANSPORTE DE LAS GRASAS Y EL COLESTROL
UTILIZACIÓN Y TRANSPORTE DE LAS GRASAS Y EL COLESTROL
TRANSPORTE Y UTILIZACIÓN DEL COLESTEROL
• La concentración elevada de colesterol en la sangre predispone a la
cardiopatía (placas ateroscleróticas que son depósitos de grasa que
recubren las superficies internas de las arterias coronarias).
• El colesterol en las lipoproteínas se encuentran en forma de colesterol libre
y como ésteres de colesterol.
• La esterificación del colesterol se produce entre el hidroxilo del colesterol
y un ácido graso de cadena larga (insaturado).
• Los ésteres de colesterol se sintetizan en el plasma a partir de colesterol,
una cadena acilo de una fosfatidilcolina y la enzima lecitina colesterol
aciltransferasa (LCAT).
• Los ésteres de colesterol son más hidrófobos que el propio colesterol.
• La LDL contiene la mayor cantidad de colesterol. El colesterol libre y el
éster de colesterol de las LDL son los ⅔ del colesterol plasmático (el
colesterol plasmático total se sitúa entre 130 y 260mg/100mL del plasma
humano, siendo las concentraciones ideales entre 160-200mg/100mL).
UTILIZACIÓN Y TRANSPORTE DE LAS GRASAS Y EL COLESTROL
EL RECEPTOR DE LDL Y LA HOMEOSTASIA DEL COLESTEROL
• Las células captan colesterol del medio extracelular mediante endocitosis
mediada por receptor (receptor de LDL). La LDL se une a su receptor
(agrupado en un hoyo revestido o invaginación) mediante la identificación
de la apo B-100 por parte del receptor. La membrana plasmática se fusiona
en la proximidad del complejo LDL-receptor, y el hoyo revestido se
convierte en una vesícula endocitócica. Varias de estas vesículas revestidas
de clatrina se fusionan para formar el endosoma. El endosoma se une con
un lisosoma , con lo que se pone al complejo LDL-receptor en contacto con
las enzimas hidrolíticas del lisosoma. La apo B-100 se hidroliza a
aminoácidos, los ésteres de colesterol se hidrolizan a colesterol libre y el
receptor se recicla y vuelve a la membrana plasmática para captar más
LDL.
• Gran parte de colesterol liberado se desplaza al retículo endoplásmico para
la síntesis de las membranas.
UTILIZACIÓN Y TRANSPORTE DE LAS GRASAS Y EL COLESTROL
UTILIZACIÓN Y TRANSPORTE DE LAS GRASAS Y EL COLESTROL
EL RECEPTOR DE LDL Y LA HOMEOSTASIA DEL COLESTEROL
• El colesterol internalizado cumple 3 efectos reguladores:
- Inhibe a la hidroximetil-glutaril-CoA reductasa (HMG-CoA
reductasa). Suprime la síntesis endógena de colesterol
- Activa la acil CoA: colesterol aciltransferasa (ACAT). Sintetiza
ésteres de colesterol.
- Regula la síntesis del propio receptor LDL. Impide la captación de
colesterol extracelular, por las células, en cantidades superiores a las
necesarias.
• El exceso de colesterol extracelular se acumula porque no tiene otro lugar a
donde ir.
• Para la regulación de las concentraciones de colesterol se emplea los
inhibidores de HMG-CoA reductasa. Estos inhibidores deprimen la
biosíntesis de novo de colesterol y aumenta la producción de receptores
LDL.
UTILIZACIÓN Y TRANSPORTE DE LAS GRASAS Y EL COLESTROL
COLESTEROL LDL Y ATEROSCLEROSIS
• Las LDL se oxidan con facilidad formando las LDL oxidasas.
• La LDL se capta por un tipo de leucocito que se acumula en los lugares de
la lesión arterial. La captura se produce a través de un receptor de
eliminación, el cual capta a las LDL oxidasas sin control y convirtiendo a
los leucocitos en unas especies rellenas de colesterol denominadas células
espumosas. Estos hechos tienen un efecto quimiotáctico y hacen que
migren más leucocitos a estos lugares y que acumulen más colesterol. Las
células espumosas se endurecen y forman una placa , denominándose a este
transtorno aterosclerosis, finalmente obstruye vasos sanguíneos clave
causando infarto de miocardio o ataques cardiacos.
OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS
La ruta de la oxidación de los ácidos grasos consiste en las
siguientes etapas:
• La activación del grupo carboxilo de los ácidos grasos.
• El transporte a la matriz mitocondrial.
• La oxidación escalonada (β-oxidación) de la cadena
carbonada de 2 en 2 carbonos, desde el extremo que
contiene el grupo carboxilo.
OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS
ACTIVACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS Y TRANSPORTE A LAS MITOCONDRIAS
• Los ácidos grasoso del citosol deben ser transportados al interior de la membrana
mitocondrial para su oxidación.
• La membrana interna es impermeable a los ácidos grasos de cadena larga y a las
ácil-CoA por lo tanto es necesario un sistema de transporte específico (carnitina).
• Los ácidos grasos se activan mediante la acilación dependiente de ATP de la CoA.
• Para la formación de los conjugados tioésteres de acilo con la CoA participan las
acil-CoA ligasas (para los ácidos grasos de cadena larga, media y corta) ubicadas en
las membranas de la mitocondria. Las acil-CoA ligasas utilizan un mecanismo de
dos pasos permite la degradación de ATP para impulasr la formación endergónica
del tioéster. Se produce en primer lugar la activación del grupo carboxilo por el
ATP para producir un aciladenilato, con la liberación simultánea de pirofosfato. A
cintinuación el grupo carboxilo activado es atacado por el grupo tiol de la CoA,
con lo que desplaza al AMP y forma el derivado acil-CoA.
OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS
TRANSPORTE A LA MATRIZ MITOCONDRIAL (Proceso de Lanzadera de la Carnitina)
• La acil-CoA formada en la membrana mitocondrial externa debe atravesar la
membrana mitocondrial interna para oxidarse.
• Se transfiere la porción acilo a la carnitina (transportador) produciendo acilcarnitina que atraviesa la membrana interna. Esta reacción es catalizada por la
carnitina aciltransferasa I.
• La enzima carnitina aciltransferasa II completa el proceso de transferencia
intercambiendo acil-carnitina por carnitina libre y produciendo acil-CoA dentro de
la matriz.
TRANSPORTE A LA MITOCONDRIA
OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS
RUTA DE LA β - OXIDACIÓN
• La acil-CoA transportada a la matriz mitocondrial se oxida con una oxidación
inicial del carbono β (β-oxidación) y una serie de pasos (con 4 reacciones cada
uno) en los que se libera cada vez un fragmento de 2 carbonos.
• La ruta es cíclica (4 reacciones) y termina formando un acil-CoA acortado en 2
carbonos y un acetil CoA (unidad de 2 carbonos).
• Cada ciclo de oxidación de una acil-CoA saturado comprende las siguientes
reacciones.
1. Deshidrogenación (da un enoil).
2. Hidratación del doble enlace (hidroxilación del carbono β)
3. Deshidrogenación del grupo hidroxilo.
4. Fragementación tiolítica. Ataque de una segunda molécula de CoA sobre el
carbono β para liberar acetil-CoA y un acil-CoA 2 carbonos más acortada.
OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS
RUTA DE LA β - OXIDACIÓN
Reacción 1: Deshidrogenación Inicial
- Es catalizada por la acil-CoA deshidrogenasa (con FAD) que deshidrogena
entre el Cα y Cβ produciendo trans Δ2-enoil-CoA.
- La enzima unida al FADH2 sede 1 par de e- a la flavoproteína de transferencia
de electrones (ETFP) y de esta a la CoQ a través de la ETF-Q oxidoreductasa y
finalmente a la cadena respiratoria produciendo ATP por la fosforilación
oxidativa.
OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS
RUTA DE LA β - OXIDACIÓN
Reacción 2 y 3: Hidratación y Deshidrogenación
- Es catalizada por la enoil-CoA hidratasa y la 3-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa
(con NAD+).
- Se produce una hidratación y una deshidrogenación.
- El carbono 3 está en la posición β produciendo L-β-hidroxiacil-CoA y βcetoacil-CoA de aquí el término β-oxidación.
OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS
RUTA DE LA β - OXIDACIÓN
Reacción 4: Fragementación tiolítica.
- Es catalizada por la β-cetotiolasa o tiolasa.
- Se produce un ataque del azufre tiólico nucleofílico de la CoA sobre el carbono
ceto pobre en electrones, de la 3-cetoacil-CoA con la fragmentación del enlace
α-β y liberación de acetil-CoA y la acil-CoA acortada y preparada para otro ciclo
de oxidación.
BETA-OXIDACIÓN
MITOCONDRIAL
FASES DE LA OXIDACIÓN
DE LOS ÁCIDOS GRASOS
OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS
RENDIMIENTO ENERGÉTICO DE LA OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS
• La ecuación equilibrada para la degradación global de la palmitoil-CoA a 8 moles
de acetil-CoA es:
Palmitoil-CoA + 7CoA-SH + 7FAD + 7NAD+ + 7H2O
8 acetil-CoA + 7FADH2 + 7NADH + 7 H+
• La oxidación de acetil-CoA en una vuelta del CAC produce 12 ATP.
• El FAD y el NAD producen 2 y 3 ATP respectivamente.
Reacción
Producción de ATP
__________________________________________________________________________
Activación de palmitoil a palmitoil-CoA
-2
Oxidación de 8 acetil-CoA
8 x12 = 96
Oxidación de 7 FADH2
7 x 2 = 14
Oxidación de 7NADH
7 x 3 = 21
___________________________________________________________________________
Neto: palmitato
CO2 + H2O
129 ATP
OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS
CONTROL DE LA OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS
La regulación se realiza mediante:
• La disponibilidad de los sustratos (ácidos grasos). Por el propio sustrato
• Control hormonal ( para la degradación y liberación). En el caso de la TAG lipasa
es regulada mediante cascadas reguladoras por intervención hormonal en la que
interviene el AMP cíclico.
• Acción de la adrenalina y el glucagón.
• La malonil-CoA inhibe el movimiento de la acil-CoA a la mitocondria por la
lanzadera de la acil-carnitina.
BIOSÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS
• Cuando se descubrió la β-oxidación se creyó que la síntesis de ácidos grasos era la
inversión de ésta (β-oxidación). En la actualidad sabemos que bioquímicamente
esto no es así por que las enzimas, los transportadores del grupo acilo, la
localización intracelular y la regulación no son los mismos en ambas rutas.
• En el citosol, la acetil-CoA (degradación de ácidos grasos y carbohidratos) se
convierte en ácidos grasos.
• La malonil-CoA es el primer intermediario en la síntesis de los ácidos grasos.
• Hay 3 reacciones (con sus respectivos sistemas enzimáticos) que se dan en la
síntesis de los ácidos grasos:
- Biosínteis del palmitato a partir de acetil-CoA (citososl).
- Elongación de la cadena a partir de palmitato (mitocondrias y retículo
endoplásmico.
- Desaturación (retículo endoplásmico).
BIOSÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS
TRANSPORTE DE LAS UNIDADES ACILO Y DE LOS EQUIVALENTES REDUCTORES AL CITOSOL
• La acetil-CoA generada en la matriz mitocondrial debe transportarse al citosol para
su uso en la síntesis de ácidos grasos, pero esta no puede atravesar la membrana
interna, para ello se utiliza un sistema de lanzadera (mecanismo de control de
síntesis de ácidos grasos y generador de NADPH). En esta lanzadera interviene el
citrato (formado en la mitocondria a partir de acetil-CoA y oxalacetato en el primer
paso del CAC).
• Cuando se genera citrato en exceso (del necesario para la oxidación en el CAC), se
transporta a través de la membrana mitocondrial hasta el citosol. Allí sufre la
acción de la citrato liasa que regenera la aceti-CoA y el oxalacetato con gasto de 1
ATP.
Citrato + ATP + CoA-SH
acetil-CoA + ADP + Pi + oxalacetato
BIOSÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS
TRANSPORTE DE LAS UNIDADES ACILO Y DE LOS EQUIVALENTES REDUCTORES AL CITOSOL
• La oxalacetato no puede regresar directamente a la matriz mitocondrial , puesto que
la membrana interna carece de transportador para este compuesto . Primero se
reduce por la malato deshidrogenasa citosólica a malato, y parte del malato se
decarboxila oxidativamente por la enzima málica para dar piruvato, sin embargo,
parte del malato formado vuelve a la mitocondria y se intercambia por citrato .
TRANSPORTE DE LAS UNIDADES ACETILO Y LOS EQUIVALENTES REDUCTORES UTILIZADOS EN
LA SÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS
1. Citrato sintasa
2. Citrato liasa.
3. Malato
deshidrogenasa.
4. Enzima málica.
5. Piruvato carboxilasa
BIOSÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS
TRANSPORTE DE LAS UNIDADES ACILO Y DE LOS EQUIVALENTES REDUCTORES AL CITOSOL
• El piruvato resultante se transporta de nuevo a las mitocondrias, en donde se
reconvierte en oxalacetato por la piruvato carboxilasa.
Piruvato + CO2 + ATP + H2O
oxalacetato + ADP + Pi + H+
• La reacción neta catalizada por estas 3 enzimas es:
NADP+ + NADH + ATP + H2O -> NADPH + NAD+ + ADP + Pi + H+
• Por cada mol de malato que queda en el citosol, se genera 1 mol de NADPH, el
resto de NADPH (14 moles) necesarios para sintetizar1 mol de palmitato se genera
en el citosol por la ruta de la pentosa fosfato.
BIOSÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS
BIOSÍNTESIS DEL PALMITATO
• La química de la síntesis del palmitato es muy similar al de la oxidación del
palmitato en sentido inverso. Bioquímicamente se diferencias ya que la bosíntesis
requiere de malonil-CoA, la diferente naturaleza del transportador de grupo acil y
el empleo de enzimas con NADPH.
• La cadena de ácido graso se construye mediante las adiciones sucesivas de
unidades de 2 carbonos. Cada ciclo de adición consiste en 7 reacciones , que se
inician con la acetil-CoA carboxilasa. En las bacterias y en las plantas, las
reacciones las catalizan 7 enzimas diferentes, mientras que en los animales y en los
eucariotas inferiores todas las actividades están asociadas en un complejo
multienzimático denominado ácido graso sintasa.
• Para la biosíntesis del palmitato se dan 7 ciclos con 7 reacciones cada uno.
BIOSÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS
BIOSÍNTESIS DEL PALMITATO
REACCIONES DEL PRIMER CICLO
- Reacción 1: Formación de malonil-CoA a partir de acetil-CoA y bicarbonato (reacción
irreversible), catalizada por la acetil-CoA carboxilasa la cual tiene como cofactor a la
biotina. La acetil-CoA carboxilasa se activa en presencia de citrato adquiriendo una
forma filamentosa.
Todos los intermediarios de los ácidos grasos se activan mediante su unión a la CoA
(similar a los ácidos grasos) pero el transportador es la proteína transportadora de
acilo (ACP).
- Reacción 2 y 3: Formación de acetil-ACP y malonil-ACP, la ACP interviene en la
síntesis de los ácidos grasos a través de las acciones de la malonil-CoA-ACP
transacilasa y de la acetil-CoA-ACP transacilasa. En ambos casos, el grupo acilo se
transfiere desde el acil-CoA a la ACP (reacciones reversibles).
- Reacción 4 (condensación): Formación del β-cetoacil-ACP, en la reacción de la βcetoacil-ACP sintasa el grupo acetilo se transfiere primero desde la ACP a un tiol de
cisteina de la enzima, luego el grupo carboxilo de la malonil-ACP activa su carbono
metileno para que actúe como nucleófilo y ataque al carbono ceto electrófilo del grupo
acetilo.
LAS TRES PRIMERAS REACCIONES DE CADA CICLO DE ADICIÓN DE LA SÍNTESIS DE
ÁCIDOS GRASOS
Síntesis del Palmitato que se Inicia con la
Malonil –ACP y la Acetil-ACP
BIOSÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS
BIOSÍNTESIS DEL PALMITATO
REACCIONES DEL PRIMER CICLO
- Reacción 5 (Reducción): Formación de D-3-hidroxiacil-ACP, la β-cetoacil-ACP
se reduce a D-3-hidroxiacil-ACP con participación de la β-cetoacil-ACP
reductasa que tiene como cofactor al NADPH.
- Reacción 6 (Deshidratación): Formación de trans-Δ2-Enoli-ACP, la D-3hidroxiacil-ACP sufre una deshidratación con participación de la 3-hidroxi-ACP
deshidratasa.
- Reacción 7 (Reducción): Formación de butiril-ACP, la trans-Δ2-Enoli-ACP
sufre una segunda reducción para formar un acil-ACP (butiril-ACP) de 4
carbonos al cual se le ha adicionado 2 carbonos. Participa en esta reacción la
Enoil-ACP reductasa.
Para iniciar el segundo ciclo, la butiril-ACP reacciona con otra molécula de
malonil-ACP y el producto del segundo ciclo es la hexanoil-ACP. El mismo
patrón continúa hasta que el producto del ciclo7 , la palmitil-ACP sufre una
hidrólisis para producir palmitato y ACP libre.
BIOSÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS
BIOSÍNTESIS DEL PALMITATO
COMPLEJO ÁCIDO GRASO SINTASA
- Las enzimas de la síntesis de los ácidos grasos constituyen un complejo
multienzimático estrechamente acoplado en las células eucarióticas.
- El complejo contiene 6 moléculas de cada una de las dos cadenas polipeptídicas,
que se denominan subunidad A y subunidad B. La subunidad A contiene la
proteína transportadora del acilo, la enzima condensante y la β-cetotioester
reductasa, y la subunidad B contiene las 4 actividades restantes; se trata de una
proteína multifuncional.
- Cada subunidad contiene una región ACP además de todas las actividades
enzimáticas implicadas. También está presente una actividad que cataliza la
liberación final del palmitato.
BIOSÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS
BIOSÍNTESIS DEL PALMITATO
COMPLEJO ÁCIDO GRASO SINTASA
- Las enzimas de la síntesis de los ácidos grasos constituyen un complejo
multienzimático estrechamente acoplado en las células eucarióticas.
- El complejo contiene 6 moléculas de cada una de las dos cadenas polipeptídicas,
que se denominan subunidad A y subunidad B. La subunidad A contiene la
proteína transportadora del acilo, la enzima condensante y la β-cetotioester
reductasa, y la subunidad B contiene las 4 actividades restantes; se trata de una
proteína multifuncional.
- Cada subunidad contiene una región ACP además de todas las actividades
enzimáticas implicadas. También está presente una actividad que cataliza la
liberación final del palmitato.
COMPLEJO ACIDO GRASO SINTASA (MECANISMO DEL BRAZO OSCILANTE
1. Acetil-CoA-ACP transacilasa
2. β-cetoacil-ACP sintasa.
3. Malonil-CoA-ACP
transacilasa
4. β-cetoacil-ACP reductasa.
5. β-hidroxiacil-ACP
deshidrasa.
6. Enoil-ACP reductasa
BIOSÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS
ELONGACIÓN DE LAS CADENAS DE LOS ÁCIDOS GRASOS
- En las células eucariotas, la elongación se produce tanto en las mitocondrias
como en el retículo endoplásmico (sistema microsómico). Este proceso es similar
a la secuencia de la ácido graso sintasa que conduce a palmitato, pero con la
intervención de derivados acil-CoA y enzimas separadas.
- La primera reacción es una condensación entre la malonil-CoA y un sustrato acilCoA de cadena larga para formar β-cetoacil-CoA.
- La β-cetoacil-CoA sufre una reducción dependiente de NADPH, una
deshidratación de la hidroxiacil-CoA resultante, y otra reducción dependiente de
NADPH para dar una acil-CoA saturada 2 carbonos más larga que el sustrato
original.
- En el retículo endoplásmico existen enzimas que actúan sobre las acil-CoA
insaturadas
ELONGACIÓN DE LAS CADENAS DE LOS ÁCIDOS GRASOS
BIOSÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS
DESATURACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS
- Los ácidos grasos monoinsaturados más frecuentes en los lípidos de los animales
son el ácido oleico y el palmitoleico. Estos compuestos se sintetizan a partir de
estearato y palmitato respectivamente, mediante un sistema microsómico
denominado acil-CoA desaturasa.
- La reacción global para la desaturación de la estearoil-CoA (Δ9 )es:
Estearoil-CoA + NADH + H+ + O2
oleil-CoA + NAD+ + 2H2O
- Además del sistema de deasturación Δ9, las células de los mamíferos contienen
deasturasas Δ5 y Δ6, estas enzimas están controladas hormonalmente (insulina y
otras).
- Los mamíferos no son capaces de introducir dobles enlaces más allá de Δ9 en la
cadena de ácido graso por lo que no pueden sintetizar ácido linoleico, ni el ácido
linolénico . A estos ácidos se les denomina ácidos esenciales porque deben ser
ingeridos con la dieta, y que posteriormente sufren reacciones de desarturación y
elongación. Del ácido linoleico se biosintetiza ácido araquidónico (precursor de
los eicosanoides).
Ruta de la conversión del ácido
linoleico a ácido araquidónico
BIOSÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS
CONTROL DE LA SINTEIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS
- La biosintesis de los ácidos grasos se controla mediante mecanismos hormonales
(inhibición de la insulina para impedir la entrada de glucosa en las células,
impidiendo la activación de la piruvato deshidrogenasa y disminuyan las
concentraciones de acil-CoA).
- Inhibición de la citrato liasa para impedir la transferencia de acetil-CoA desde la
matriz mitocondrial al citosol.
- Inhibición de la acetil –CoA carboxilasa mediante un control hormonal
dependiente de AMP cíclico.
- Controlando la disponibilidad de equivalentes reductores (NADPH), que
provienen del transporte de citrato fuera de la mitocondria como de la ruta de la
pentosa fosfato.
BIOSÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS
BIOSINTESIS DE LOS TRIACILGLICEROLES
- La acil-CoA, junto con el glicerol-3-fosfato, son los principales precursores de
los triacilgliceroles.
- El glicerrol-3-fosfato procede de la reducción del intermediario glucolítico
dihidroxiacetona fosfato(DHAP), catalizada por la glicerol fosfato
deshidrogenasa, o de la fosforilación del glicerol, dependiente de ATP, por la
glicerol quinasa:
Dihidroxiacetona fosfato + NADH + H+
Glicerol + ATP
L-glicerol-3-fosfato + NAD+
L-glicerol-3-fosfato + ATP
BIOSÍNTESIS DE LOS ÁCIDOS GRASOS
BIOSINTESIS DE LOS TRIACILGLICEROLES
- El glicerol -3-fosfato sufre 2 esterificaciones sucesivas con acil-CoA, para
producir diacilglicerol-3-fosfato.
Acil-S-CoA + glycerol-3-fosfato
monoacilglicerol-3-fosfato + CoA-SH
Monoacilglicerol-3-fosfato + acil-S-CoA
diacilglicerol-3-fosfato + CoA-SH
- El diacilglicerol-3-fosfato (o ácido fosfatídico), es precursor de de los
fosfolípidos como de los triacilgliceroles.
- Par la formación de los triacilgliceroles se tiene que eliminar hidrolíticamente el
grupo fosfato del diacilglicerol-3-fosfato, seguida de la transferencia de otro
grupo acilo de una acil-CoA.
Ácido fosfatídico + H2O
1,2-Diacilglicerol + acil-CoA
1,2-diacilglicerol + Pi
triacilglicerol +CoA-SH
CETOGÉNESIS
• La acetil-CoA tiene 3 destinos metabólicos importantes: La oxidación a
CO2 en el CAC, biosíntesis de ácidos grasos y la cetogénesis.
• Cuando las concentraciones de acetil-CoA son elevadas, 2 moles de acetilCoA experimentan una inversión de la reacción de la tiolasa para dar
acetoacetil-CoA (a bajas concentraciones de oxalacetato.
• La acetoacetil-CoA mas una tercera molécula de acetil-CoA para dar βhidroxi-β-metilglutaril-CoA (HMG-CoA) catalizado por la HMG-CoA
sintasa.
• El la mitocondria la HMG-CoA sufre la acción de la HMG-CoA liasa para
producir acetoacetato y acetil CoA.
• El acetoacetato experimenta una reducción (NADH) para dar lugar a βhidroxibutirato o espontáneamente acetona (cantidades pequeñas) por
descarboxilación.
• El acetoacetato, la acetona y el β-hidroxibutirato se denominan cuerpos
cetónicos.
BIOSINTESIS DE LOS CUERPOS CETÓNICOS EN
EL HÍGADO
CETOGÉNESIS
• La cetogénesis es considerada como una “ruta de rebosamiento” porque se
estimula cuando se acumula acetil-CoA a causa de una utilización
deficitaria de los hidratos de carbono.
• La cetogénesis se produce en el hígado, debido a las elevadas
concentraciones de HMG-CoA sintasa.
• Los cuerpos cetónicos se transportan desde el hígado a otros tejidos donde
el acetoacetato y el β-hidroxibutirato pueden reconvertirse en acetil-CoA
para generar energía. La reconversión implica la transferencia enzimática
de una porción CoA desde la succinil-CoA al acetoacetato para dar
acetoacetil-CoA.
• La cetogénesis se produce en la inanición y cuando el cerebro o el corazón
no cuentan con la glucosa necesaria y tiene que utilizar a los cuerpos
cetónicos como fuente de energía.