Clase 12

Departamento Académico de Ciencias Básicas BIOQUIMICA CLASE 12 Luz Huaroto Valdivia Medico Patólogo Clínico – Mg Bioquimica y Nutrición Jefe del Servicio de Inmunología y Microbiología HNDM Profesora Auxiliar de la USMP

Generalidades 

Los ácidos grasos son fuente importante de energía para tejidos como corazón, músculo esquelético, riñón e hígado.

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En 1904 Franz Knoop describe la oxidación de los ácidos grasos.

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En 1950 E. Kennedy y A. Lenhinger describen la activación de los ácidos grasos.

Albert L. Lehninger

Generalidades 

La oxidación de ácidos grasos es la vía central de aporte de energía en los animales, muchos protistas y bacterias. El proceso ocurre en la mitocondria.

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Las grasas proveen 9 Cal/g al degradarse por la beta oxidación y el ciclo de Krebs, mientras que los carbohidratos producen 4 Cal/g por la glicólisis y el ciclo de Krebs.

Generalidades Etapas del proceso de aprovechamiento energético de los ácidos grasos: 1.movilización de los ácidos grasos desde los tejidos de reserva 2.activación de ácidos grasos : acil CoA 3.ingreso de los Acil CoA al interior mitocondrial 4.Beta oxidación 5.Aprovechamiento energético

1a etapa: movilización de los ácidos grasos 

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El proceso es iniciado por una lipasa sensible a las hormonas que remueve el primer ácido graso del C 1 o del carbono 3. Otras lipasas se encargan de hidrolizar tanto al di como al monoglicérido. La lipasa sensible a las hormonas es activada por el AMPc dependiente del glucagon o de la adrenalina.

Glucagon ATP

AMPc

Proteínkinasa (inac) TG AG Lipasa (activa) DG

Fosfatasa

Proteínkinasa(act) Lipasa (inactiva)

2da etapa : activación del ácido graso Los ácidos grasos son movilizados mediante su unión con la albúmina, a razón de 0,5 a 1,5 moles de ácido graso por molécula de albúmina. Cerebro, eritrocitos y médula adrenal no usan los ácidos grasos para fines energéticos. El ácido graso difunde a través de la membrana celular y es captado por una proteína captadora de ácido graso o FABP ( Fatty Acid Binding Protein).

2da etapa : activación del ácido graso 

Al igual que los carbohidratos que deben ser fosforilados para su metabolismo, en la oxidación de los ácidos grasos estos deben ser activados en una reacción de acilación por una tiokinasa en presencia de ATP y unirse a la coenzima A para formar Acil CoA.

CoA

ATP

CH3-CH2-(CH2)12-CH2-COOH

Ácido palmítico

Tiokinasa o Acil CoA sintetasa

CH3-CH2-(CH2)12-CH2-CO~S-CoA

Palmitil CoA

3a. Etapa: ingreso del acil CoA a la mitocondria  Los

Acil CoA no pueden atravesar la membrana interna mitocondrial. Para hacerlo deben ser auxiliados con dos enzimas CAT-1 y CAT-2 Carnitina Acil Transferasas, carnitina y un transportador de ella.  Acil CoA y carnitina, se unen en el espacio intermembranoso donde la enzima CAT-1, realiza la transferencia formándose acil carnitina. Compuesto que atraviesa la membrana interna mediante el transportador, y una 2da. enzima, la CAT-2 en la matriz mitocondrial libera el acil CoA y a la carnitina que abandona la matriz mitocondrial.

Control de la Beta oxidación AGL

Acetil CoA + insulina

VLDL

AGL

Acetil CoA carboxilasa glucagon Acil CoA Malonil CoA Acido graso

CAT Beta oxidación

Acetil CoA

El malonil CoA inhibe a la CAT-1 Carnitina acil transferasa 1 impidiendo el ingreso del ác. graso a la mitocondria y por tanto la Boxidación.  Luego, los ácidos grasos producidos durante la síntesis no pueden ser metabolizados en la misma célula.  La deficiencia congénita de CAT en el músculo, lo incapacita para usar grasas como combustible.  Glucagon e insulina afectan la síntesis de ácidos Grasos. 

4ta etapa: Beta oxidación (I) 

1er. paso: eliminación de dos H de los C alfa y beta. La coenzima contiene FAD que trasmite los electrones a la cadena respiratoria

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2do. Paso: ingresa una molécula de agua que satura el doble enlace.

CH 3 − (CH 2 ) n − CH 2 − CH 2 − CO − SCoA Acil CoA Acil CoA deshidrogenasa

FAD FADH2

CH 3 − (CH 2 ) n − CH = CH − CO − SCoA Enoil CoA

Enoil CoA Hidratasa

H2O

CH 3 − (CH 2 ) n − CHOH − CH 2 − CO − SCoA 3 hidroxiacil CoA

Beta oxidación (II) CH 3 − (CH 2 ) n − CHOH − CH 2 − CO − SCoA El hidroxiacil es oxidado por una deshidrogenasa que tiene como coenzima NAD NADH+H+ formándose un compuesto cetónico. CH 3 − (CH 2 ) n − CO − CH 2 − CO − SCoA  Finalmente una tiolasa Cetoacil CoA rompe la unidad en la Cetoacil CoA unión 2,3 produciendo tiolasa CoA suficiente energía para unir una coenzima A más. 

3 hidroxiacil CoA Hidroxiacil CoA NAD Dehidrogenasa

CH 3 − (CH 2 ) n − CO − SCoA Acil CoA (2C menos)

+

CH 3 − CO − SCoA

Acetil CoA

5ta etapa: aprovechamiento energético  Desde

palmítico(C16 PM 256) hasta 8 acetil

CoA: 7 NADH que ingresan a la cadena respiratoria : 21 ATP 7 FADH2 que ingresan a la cadena respiratoria : 14 ATP

 Los

8 acetil CoA ingresan al ciclo de Krebs, por 12 ATP cada uno : 96ATP

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Total de energía por 1 MOL de ácido palmítico: 131 ATP Esto es aproximadamente 0,50 ATP por g de grasa 131 /256 = 0,5 ATP por g de grasa En el caso de los azúcares 0,21 ATP por g de glucosa 38/180 = 0,21 ATP por g de glucosa

Biosíntesis de ácidos grasos  Regulación.  Alargamiento

de la cadena de los ácidos grasos: elongasas.  Desaturación de los ácidos grasos: desaturasas.

Biosíntesis de ácidos grasos 

Al igual que el proceso gluconeogénesis es en cierta forma inverso a la glicólisis, el de la síntesis de ácidos grasos es relativamente inverso a la Beta oxidación de los mismos.

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La síntesis de los ácidos grasos es citosólica y la beta oxidación es mitocondrial.

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El sistema de alargamiento de la cadena del ácido graso se produce en el retículo endoplasmático.

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De todos los tejidos, hígado y tejido adiposo son los más importantes en la síntesis de ácidos grasos, aunque también ocurre en riñón, glándula mamaria, pulmón y encéfalo.

Ácidos grasos : ingesta o síntesis Ácido Acéticograso Estructura 2:O Origen del metab.de glucosa Propiónico 3:O de ácidos grasos ramificados Butírico 4:O de la leche y la mantequilla Cáprico 10:O el mayor ác.graso de la leche Palmítico 16:O síntesis interna e ingesta Esteárico 18:O síntesis interna e ingesta Oleico 18:l síntesis interna e ingesta Linoleico l8:2 ingesta esencial Linolénico l8:3 ingesta esencial o derivado linoleico Araquidónico 2O:4 igual linolénico y precursor de eicosanoides

Síntesis de ácidos grasos : esquema general 

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El proceso consiste en el alargamiento de una cadena hidrocarbonada , mediante grupos malonil CoA que se unen al acetil CoA a través del grupo carboxilo de este último. El proceso requiere de una molécula de ATP por unión, dos moléculas de NADPH y agua. Así, para el ácido palmítico o hexadecanoico de 16 carbonos, la reacción completa es la siguiente:

8 AcetilCoA + 7 ATP + 14 NADPH + 14 H + + H 2O ⇒ ácido. palmítico + 8CoA + 7 ADP + 7 Pi + 14 NADP

Etapas del proceso... Acumulación de sustratos en el compartimiento adecuado. ② Síntesis de ácido palmítico en el citosol. ③ Elongación o insaturación del palmítico para formar otro ácido graso, en el retículo endoplasmático ①

1a. etapa : sustratos 

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Se require acetil CoA, malonil CoA, y NADPH. Los dos carbonos iniciales son del acetil CoA y permanecen como los carbonos omega del ácido graso. Los restantes carbonos provienen del malonil CoA, por lo que otros acetil CoA deben transformarse constantemente en malonil para participar de la síntesis. La vía es reductiva por lo que necesita presencia de NADPH en el medio. El acetil CoA es intramitocondrial y no puede escapar al citosol donde se encuentra la síntesis de ácidos grasos. Para lograrlo debe transformarse en ác. cítrico y luego liberar acetil CoA en la lanzadera del citrato.

Lanzadera de citrato...... glucosa

piruvato

mitocondria

piruvato

acetil CoA

citrato

citrat o liasa

citrato

oxal acetato

OAA

acetil CoA

malato ácido piruvato graso

De dónde proviene el NADPH ? 

El NADPH proviene de la vía de las pentosas o de la transformación en el citosol de oxalacetato en piruvato, para su ingreso a la mitocondria.

oxalacetato malatoDH  → malato enzima  .málica  → piruvato + CO2 NADH

NAD

NADP

NADPH

Y el malonil CoA...? 

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El malonil CoA proviene de la carboxilación del acetil CoA, reacción catalizada por acetil CoA carboxilasa. Requiere biotina, bicarbonato y ATP como sustratos. Algo de energía del ATP persiste en la unión C~C y sirve para alargamiento posible de la cadena −

.carboxilasa CH 3 − CO ~ SCoA + HCO3 + ATP acetilCoA  biotina   →

− OOC ~ CH 2 − CO ~ SCoA + ADP + Pi Malonil CoA

2da. etapa: síntesis del ácido palmítico 

La síntesis del ácido graso la lleva a cabo la sintetasa del ácido graso, complejo multienzimático.



Cada nueva adición de dos carbonos requiere de un malonil CoA y libera una molécula de CO2. La ruptura del enlace C~C proporciona la energía necesaria para unir los dos carbonos. sintetasa.del.ac.graso  → ~CoA + 7malonil ~CoA +14NADPH +7H  ácido .palmítico +7CO +14NADP +8CoA +6H O 2 2

acetil

Síntesis inicial... 

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El proceso lo realiza el complejo multienzimático sintetasa que contiene 7 enzimas y necesita el auxilio de un transportador proteíco ACP (acyl carrier protein). Al final del 1er. ciclo la ACP transfiere el ác. graso a la enzima condensante. El paso inicial es la sustitución de la coenzima A del acetilo y del malonil por la enzima condensante (CNZ) y la proteína transportadora (ACP).

Etapas del proceso... CH3-CO~S-CNZ Acetil CoA HS- CNZ

HOOC-CH2-~S- ACP Malonil CoA CO2

CH3-CO-CH2-CO-S-ACP Acetoacetil ACP CNZ

NADPH+H

ACP CH3-CHOH-CH2-CO-SBhidroxibutiril ACP

ACP

H2O CH3-CH=CH-CO-S-ACP Crotonil ACP NADPH+H

CH3-CH2-CH2-CO-S- ACP Butiril ACP

Secuencias de elongación  Acetil

CoA+ malonil CoA = butírico (4)  Butírico + malonil CoA= caproico (6)  Caproico + malonil CoA = caprílico (8)  Caprílico + malonil CoA = cáprico (10)  Cáprico + malonil CoA = láurico (12)  Láurico + malonil CoA = mirístico (14)  Mirístico + malonil CoA= palmítico(16)

El palmítico puede formar palmitoil CoA.

3a.etapa : modificación del palmítico 

Elongación: dos sistemas existen en el humano: mitocondrial y

microsomal  Mitocondrial. Usa acetil CoA y tanto NADH como NADPH para la unión de 2C.  Microsomal. Usa malonil CoA y NADPH para unión de 2C. 

Insaturación: la producen enzimas microsomales llamadas desaturasas. 



La inserción de un doble enlace requiere oxígeno, NADPH, y tres tipos de sub unidad en la enzima. Tiene dos etapas, ingreso de hidroxilo y eliminación de agua con formación del doble enlace.

Regulación de la síntesis. 

Regulación alostérica. La acetil CoA carboxilasa es estimulada en presencia de citrato e inhibida en presencia de palmitoil CoA Acetil CoA carboxilasa inactiva



Citrato (+)

Acetil CoA carboxilasa

Palmitoil CoA(-)

activa

Regulación covalente. La misma acetil CoA carbohilasa es activada por la insulina a través de la carboxilasa fosfatasa.

kinasa

AMCc-glucagon

Acet.carbox.activa

fosfatasa

Acet.carbox.inactiva insulina

P

RESUMEN

Carnitina y enzimas CAT-1 y CAT-2 Acil CoA

Acido graso Mitocondria: Memb.externa

Acil CoA Sintetasa

CAT1 carnitina

acilcarnitina

translocasa

Mitocondria:

CAT2

Memb.interna Matriz mitocondrial

CoA

B oxidación

AcilCoA

CoA

gracias