El metabolismo de los lípidos en condiciones fisiológicas

Transcripción

1 El metabolismo de los lípidos en condiciones fisiológicas Los lípidos son nutrientes y por lo tanto compuestos esenciales que adquirimos en la alimentación diaria. Su papel más conocido es el importante aporte calórico que brindan diariamente al organismo, además mantienen los órganos internos en su posición anatómica, contribuyen al mantenimiento de la temperatura corporal y amortiguan de daños a los órganos internos, en casos de traumatismos o accidentes. Los principales lípidos de alimentación diaria, desde el punto de vista cuantitativo en los humanos son los triacilgliceroles (triglicéridos) así como el colesterol libre y el colesterol esterificado, estos son lípidos de origen animal que sí podemos sintetizarlos en nuestro organismo y por lo tanto no son esenciales.. En menos proporción ingerimos ácidos grasos polinsaturados de origen vegetal así como las vitaminas liposolubles, estos últimos son los lípidos esenciales, significa que los humanos no podemos sintetizarlos y por lo tanto debemos ingerirlos en la dieta. La digestión de los lípidos de la dieta comienza en la cavidad bucal por la acción de la lipasa lingual y continúa en la cavidad gástrica por acción de la lipasa gástrica, estas enzimas hidrolizan los enlaces ésteres de los triacilglicéridos, liberando sus productos: ácidos grasos y glicerol, se ha comprobado que estas enzimas expresan su mayor actividad en el período perinatal y en los primeros años de vida. Productos de las acciones de estas enzimas son los mono y diacilgliceroles que finalmente son hidrolizados a nivel duodenal por acción de la lipasa duodenal, esta enzima es producida a nivel pancreático pero actúa en la luz duodenal. También a este nivel es hidrolizado el único enlace éster de los ésteres del colesterol por la acción de la enzima colesterol esterasa que igualmente es sintetizada en el páncreas y actúa a nivel duodenal, otras enzimas pancreáticas son las fosfolipasas que degradan por hidrólisis en el duodeno los fosfatidilgliceroles (fosfátidos de glicerina). La acción gradual de estas enzimas produce grandes cantidades de ácidos grasos libres y colesterol libre que son los principales productos de este proceso digestivo. A esta acción se suma la participación de las sales biliares, compuestos que se sintetizan en el hígado y se almacenan en la vesícula biliar. Inmediatamente después de la ingesta y por la acción de la hormona intestinal colecistoquinina se produce el vaciamiento de la vesícula biliar, liberándose las sales biliares al duodeno. Las sales biliares se asocian a los lípidos de la dieta debido a su carácter anfipático, por esta razón se forman micelas que son partículas esféricas con

2 un centro hidrofóbico y superficie hidrofílica, de esta manera se facilita el acceso de las enzimas digestivas a los lípidos de la dieta que pueden degradarlos más rápidamente, además estas micelas también contribuyen a la absorción de estos productos de la digestión ya que al tener una superficie hidrofílica pueden atravesar la capa de agua que recubre la superficie intestinal, favoreciendo el paso de los productos de la digestión de los lípidos y su absorción a nivel de la mucosa intestinal. Metabolismos de los lípidos después de la ingesta Al igual que en el metabolismo de los lípidos, en la post-ingesta el aporte de nutrientes y la carga energética favorable (ATP elevado) favorecen la síntesis de diferentes lípidos en el organismo humano. Síntesis de quilomicrones en los enterocitos: Los productos de la digestión de los lípidos son mayoritariamente ácidos grasos, glicerol y colesterol libre; a nivel de las células intestinales (enterocitos) tiene lugar en este periodo (postingesta) la síntesis en estas células de una de las lipoproteínas, los quilomicrones. En los enterocitos los ácidos grasos se esterifican con el glicerol-fosfato (producto de la glicólisis en estas condiciones) y se sintetizan los triacilgliceroles, estos con el colesterol libre y el esterificado en estas células, así como con proteínas específicas que a su vez se sintetizan, dan lugar a esta lipoproteína, los quilomicrones, de mayor tamaño que las otras lipoproteínas y con mayor contenido en triacilglicéridos que de otros lípidos. Los quilomicrones viajan por vía linfática y llegan a la circulación general, en el endotelio (células epiteliales que recubren las paredes de los vasos sanguíneos) del tejido adiposo y del tejido muscular una enzima la lipasa de lipoproteínas, hidroliza los triacilglicéridos contenidos en los quilomicrones y sus productos pasan al interior de estas células, en los adipocitos se reesterifican con el glicerol-fosfato ( de la glicólisis que está ocurriendo en estas células) y se transforman en triacilgliceroles que son almacenados en los adipocitos; uno de estos productos, los ácidos grasos, pasan al interior de las células musculares y al proceso de beta-oxidación para aportar energía a los miocitos durante el reposo, el glicerol sigue por vía sanguínea y en el tejido hepático se transforma en glicerol-fosfato que en estas células se incorpora a la síntesis de triacilglicéridos o lipogénesis. Lipogénesis: Síntesis de ácidos grasos, triacilglicéridos y lípidos que contienen ácidos grasos. Tiene lugar en el retículo endoplásmico liso. Este proceso tiene lugar de forma relevante en el tejido hepático y en el tejido adiposo. Los sustratos son los carbonos necesarios para la síntesis de los ácidos grasos, el glicerol y la carga energética elevada.

3 En estas condiciones el ATP está elevado y la velocidad del Ciclo de Krebs y de la glicólisis se enlentece, por lo cual los intermediarios de ambos procesos se acumulan en las células. El citrato del Ciclo de Krebs pasa al citosol y por acción de la enzima ATP citrato liasa se transforma en Acetil-CoA y oxaloacetato, el Acetil-CoA es el sustrato para la biosíntesis de los ácidos grasos, proceso que tiene lugar en el citosol, numerosas moléculas de Acetil- CoA son necesarias para la biosíntesis del producto final de este proceso, el ácido palmítico que contiene 16 carbonos y no presenta dobles enlaces, este presenta su forma activada: el palmitoil-coa, la enzima reguladora de este proceso y a la vez de la lipogénesis en general es la Acetil CoA Carboxilasa, esta enzima es activada por la hormona insulina ( hormona que se segrega por el tejido pancreático en los períodos post-alimentarios. A su vez al enlentecerse la glicólisis el fosfato de dihidroxicetona se transforma en Glicerol-fosfato; ya tenemos los dos sustratos para la biosíntesis de los triacilglicéridos, los ácidos grasos en su forma activada (Acil-CoA) y el glicerol-fosfato se esterifican por la acción de las enzimas Acil-CoA transferasas transformándose en triacilglicéridos. En el tejido hepático los triacilglicéridos con el colesterol libre y esterificado que se sintetizan en este tejido y proteínas hepáticas específicas se transforman en otra de las lipoproteínas las VLDL o lipoproteínas de muy baja densidad en sus siglas en inglés. Estas lipoproteínas viajan por vía sanguínea y tienen igual metabolismo que los quilomicrones en los tejidos adiposo y muscular. Otro de los procesos que predomina en estas condiciones en la esteroidogénesis o biosíntesis del colesterol y sus derivados que también ocurre en el retículo endoplásmico liso. Los sustratos (o moléculas precursoras para este proceso) son las moléculas de Acetil-CoA que al igual que en la biosíntesis de los ácidos grasos derivan del citrato del Ciclo de Krebs. Aunque el proceso es complejo puede dividirse en tres etapas, una de ellas es la formación del ácido mevalónico (mevalonato) etapa en la cual participa la enzima reguladora: HMGCoA sintetasa (hidroximetilglutaril CoA sintetasa), esta enzima es activada también por la hormona insulina. En todo este proceso se van condensando moléculas de Acetil-CoA que se transforman sucesivamente en moléculas de 5 carbonos (el isopentenil pirofosfato) que a su vez se condensan hasta dar la molécula de colesterol que tiene 27 carbonos. El colesterol se sintetiza en todas las células del organismo humano, una de sus funciones es formar parte de las membranas biológicas y en dependencia del tejido se transforma en otros derivados. Las hormonas corticoesteroides. Cortisol y Aldosterona que se sintetizan en la corteza de las glándulas suprarrenales; los ácidos biliares que se sintetizan a partir del colesterol en el tejido hepático; las hormonas sexuales, andrógenos y estrógenos que se sintetizan en las gónadas o glándulas sexuales, otro de los derivados en la

4 Vitamina D o colecalciferol cuyo sustrato es el colesterol pero en cuya síntesis participan enzimas de diferentes tejidos como el renal y hepático. A partir de la biosíntesis del colesterol se sintetizan las lipoproteínas ricas en este lípido, las LDL (lipoproteínas de muy baja densidad) que se sintetizan a partir de las IDL ( lipoproteínas de densidad intermedia) estas últimas se generan a partir del metabolismo de los quilomicrones y VLDL, contienen mayor cantidad de colesterol y van hacia el tejido hepático en el cual captan más colesterol convirtiéndose en las LDL, estas viajan desde al hígado al resto de los tejidos en los cuales son captadas por los receptores del LDL, este complejo LDL-receptor se internaliza y se fusiona con los lisosomas, las enzimas lisosomales degradan estos componentes del complejo y el colesterol que se libera viaja al núcleo de estas células donde reprime la síntesis de la HMGCoA reductasa, disminuyendo la síntesis de colesterol en estos tejidos y también reprime la síntesis de receptores de LDL, disminuyendo mayor captación de LDL en estos tejidos. Este es el mecanismo de regulación de la síntesis del colesterol en tejidos no hepáticos. Las vías metabólicas de los lípidos que predominan en períodos interalimentarios de variada duración, durante el ayuno, en la actividad física y durante el sueño, son: la lipólisis, la beta-oxidación de los ácidos grasos, la cetogénesis y la cetolisis. Todos estos procesos predominan en estas condiciones que se corresponden con bajos nutrientes circulantes en la sangre y baja carga energética (ATP) en la mayoría de los tejidos. La lipólisis, consiste en la hidrólisis de los triacilglicéridos del tejido adiposo, en este proceso se rompen los enlaces entre los ácido grasos y el glicerol y estos productos se liberan del adipocito; la enzima reguladora de este proceso es la Lipasa sensible a hormonas (LHS), esta enzima es activada por las hormonas ACTH, glucagón, cortisol y adrenalina. Los ácidos grasos viajan por vía sanguínea unidos a la albúmina plasmática y van hacia los tejidos que los utilizan como fuente de energía: el hígado, el músculo y el sistema nervioso. Los ácidos grasos en estos tejidos, pasan al interior de las mitocondrias. Antes deben ser activados y convertidos en Acil-CoAs que es la forma activa de los ácidos grasos este proceso tiene lugar en la membrana externa de las mitocondrias y la activación de cada ácido graso consume 2 ATP, en este proceso se une a la Coenzima A. Posteriormente deben unirse a una molécula que les permita el paso a través del espacio intermembranal mitocondrial, esta molécula es la carnitina; los ácidos grasos unidos a la carnitina,acil-carnitina, atraviesan este espacio y ya en la matriz mitocondrial vuelven a unirse a la Coenzima A intramitocondrial, convirtiéndose de nuevo en Acil-CoAs, de esta forma es que pasan a la beta-oxidación.

5 La beta-oxidación de los ácidos grasos es un proceso que tiene lugar en la matriz mitocondrial. En este proceso oxidativo los ácidos grasos son degradados gradualmente por acción de las enzimas y convertidos en moléculas de Acetil-CoA, NADH y FADH2. Estos productos pasan a alimentar los procesos de la respiración celular aportando energía a las células. Por su ubicación celular y la eficiencia del proceso el aporte de energía se lleva a cabo de forma rápida. Los destinos del glicerol: este es el otro producto de la lipolisis, llega igualmente al tejido hepático y por la acción de la enzima gliceroquinasa se convierte en glicerol-fosfato, a continuación por la enzima glicerofosfato deshidrogenasa, dos moléculas de glicerol-fosfato se convierten en dos moléculas de fosfato de dihidroxicetona que continúan transformándose en la gluconeogénesis hasta dar lugar a una molécula de glucosa. En el tejido hepático la enzima glucosa-6-fosfato fosfatasa convierte a la glucosa-6-fosfato en glucosa libre que puede salir a la sangre y llegar a los demás tejidos. El producto final de la beta-oxidación de los ácidos grasos, son grandes cantidades de moléculas de Acetil-CoA que en su mayoría pasan a oxidarse al Ciclo de Krebs, sin embargo el exceso de producción de estas moléculas también se dirigen a un proceso hepático en el cual se transforman en moléculas energéticas de gran importancia y significado biológico: los cuerpos cetónicos, este proceso se denomina cetogénesis que es la biosíntesis de cuerpos cetónicos a partir de la moléculas de Acetilo-CoA. El tejido hepático carece de las enzimas que puedan oxidar los cuerpos cetónicos y utilizarlos como combustible, por lo cual estos pasan a la sangre y al resto de tejidos extrahepáticos en los cuales se transforman de nuevo en moléculas de Acetil-CoA que pasan a oxidarse al Ciclo de Krebs aportando energía a estos tejidos, este proceso se denomina cetolisis que es la oxidación de los cuerpos cetónicos produciendo Acetil-CoA. Ambos procesos la cetogénesis y la cetolisis predominan en las mismas condiciones que la lipolisis y su relación con el incremento de la beta-oxidación de los ácidos grasos permiten asegurar que su activación se pone de manifiesto al aumentar en sangre las hormonas que activan a la enzima LHS. Todos estos procesos que predominan en estas condiciones son inhibidos fisiológicamente por la hormona insulina. Orientación: Es importante estudiar de manera general estos procesos en la Bibliografía recomendada por sus profesores, interpretando los esquemas y las figuras. Es recomendable hacer resúmenes que destaquen los siguientes aspectos:

6 -Concepto del proceso; importancia biológica; tejidos en que predomina, sitio celular, enzima (s) reguladora (s); efecto que sobre estas enzimas tienen: el ATP; el ADP; la Insulina; el Glucagón y la Adrenalina.