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METABOLISMO DE LIPIDOS
UNIVERSIDAD MAYOR DE SAN ANDRÉSFAC. DE CS. FARMACÉUTICAS Y BIOQUÍMICASCARRERA DE BIOQUÍMICA
David Gutierrez YapuBIOQUÍMICA II
METABOLISMO DE LÍPIDOS
� Triacilgliceroles o grasas constituyen el 90% de los lípidos de la dieta y son la forma principal de almacenamiento de energía metabólica en los seres humanos.
� Al igual que la glucosa el metabolismo los oxida a CO2 y H2O.
� El metabolismo oxidativo de las grasas rinde casi el doble de energía de la proporcionada por un peso seco equivalente al de carbohidratos o proteínas.
METABOLISMO DE LÍPIDOS
� Al ser no polares, las grasas se almacenan en un estado anhidro, mientras que el glucógeno al ser polar se almacena en una forma hidratada, que contiene casi el doble de su peso en seco.
� Las grasas proporcionan hasta seis veces la energía metabólica que la que suministra un peso equivalente de glucógeno hidratado.
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DIGESTIÓN
� No se manifiesta digestión en boca o estómago.-Boca: amilasa salival o ptialina.-Estómago: HCl, enzimas (pepsina)
� La digestión de lípidos ocurre en Intestino � Ocurre en la interfaz lípido-agua� La velocidad de digestión depende del área de
superficie de la interfaz, con la agitación de los movimientos peristálticos y la acción emulsionante de las sales biliares.
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Enzimas involucradas
ENZIMAS LOCALIZACIÓN
LIPASA Páncreas
ISOMERASA Intestino
COLESTEROLASA Páncreas
FOSFOLIPASA A 2 Páncreas
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LIPASA
� Cataliza la hidrólisis de uniones éster en los carbonos primarios (αy α’) del glicerol de las grasas neutras (Triacilgliceroles)
H2C OH
HC O
H2C O
C R
H2C OH
HC O
H2C OH
O
C R
O
H2C O
HC O
H2C O
CO R
C
O
R
C R
O
C R
O
CHO
O
R
CHO
O
R
1,2-DAG
+
LIPASA
2-MAG
+
TAG
LIPASA
AG
AG
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ISOMERASA� Para la hidrólisis de 2-
MAG es necesaria la presencia de esta enzima que traslada el grupo acilo de la posición 2 (ó β) a la posición 1(ó α).
� Luego la hidrólisis del monoacilglicerol (MAG) se completa por acción de la Lipasa.
H2C OH
HC O
H2C OH
C R
H2C O
HC OH
H2C OH
O
C R
O
1-MAG
2-MAG
ISOMERASA
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FOSFOLIPASA A 2
� Cataliza la hidrólisis del enlace éster que une el ácido graso al hidroxilo del carbono 2 del glicerol en los Glicerofosfolípidos.
� Se forma un ácido graso y lisofosfolípido
CH
H2C
O
H2C O
O
C
P
C
O
O
O R1
O
R2
O
XCH
H2C
HO
H2C O
O
C
P
O
O
R1
O
O
XOHC
OR2+
FOSFOLIPASAA2
ACCIÓN DE LA PLA2
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COLESTEROLASA
� Cataliza la hidrólisis de ésteres de colesterol con ácidos grasos.
CO
R O CO
R OHOH
ESTER DE COLESTEROL COLESTEROL AG
COLESTEROLASA
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ABSORCIÓN
� Proceso mediante el cuál las sustancias resultantes de la digestión ingresan a la sangre a través de membranas permeables (sustancias de bajo PM) o por medio de transporte selectivo (Por medio de lipoproteínas).
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DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN DE LIPIDOS DE LA DIETA
1) Las sales biliares emulsionan las Grasas formando micelas.
4) Los TAG son incorporados con colesterol y Apolipoproteínas en los QUILOMICRONES.
5) Los QUILOMICRONES viajan por el Sistema Linfático y el Torrente sanguíneo hacia los Tejidos.
6) La Lipoproteínlipasa activada por apo-C en los capilares convierten los TAG en AG y Glicerol.
7) Los AG entran a la célula.
8) Los AG son Oxidados como combustible o re-esterificados para almacenamiento.
2) Lipasas intestinales degradan los Triglicéridos
3) Los Ácidos Grasos y otros productos de la digestión son tomados por la mucosa intestinal y convertidos en TAG.
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TRANSPORTE DE LÍPIDOS EN LA SANGRE
Son usadas 4 tipos de LIPOPROTEINAS para transportar lípidos en la sangre:
� Quilomicrones� Lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL)� Lipoproteínas de baja densidad (LDL)� Lipoproteínas de alta densidad (HDL)
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RESUMEN DEL METABOLISMO DE LAS GRASAS
� Los TAG deben ser hidrolizados antes de su utilización por los tejidos mediante LIPASAS intracelulares.
� Los productos formados (glicerol y ácidos grasos) se liberan a la sangre.
� El glicerol del plasma es tomado por las células que pueden utilizarlo.
� Los ácidos grasos son oxidados en los tejidos.
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Metabolismo del Glicerol
1) ACTIVACIÓN:Solo ocurre en tejidos que tienen la enzima
Gliceroquinasa:Hígado, riñón, intestino y glándula mamaria.
H2C OH
HC
H2C
OH
OH
H2C OH
C
H2C
OH
O P
O
O
O-
H
ATP ADP
Mg++
GLICEROQUINASA
GLICEROL GLICEROL-3-P
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Metabolismo del Glicerol
2) Luego es transformado en Dihidroxiacetona Fosfato.
H2C OH
HC
H2C
OH
O P
O
O
O-
NAD+ NADH + H+
H2C OH
C
H2C
O
O P
O
O
O-
GLICEROLFOSFATODESHIDROGENASA
DIHIDROXIACETONAFOSFATO
GLICEROL-3-FOSFATO
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Metabolismo del Glicerol
3) Formación de Gliceraldehído-3-Fosfato.
H2C OH
C
H2C
O
O P
O
O
O-
C O
HC
H2C
OH
O P
O
O
O-
H
FOSFOTRIOSAISOMERASA
DIHIDROXIACETONAFOSFATO
GLICERALDEHÍDO3-FOSFATO
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� La posibilidad del glicerol de formar intermediarios de la Glucólisis ofrece un camino para su degradación total.
� Contribuye con el 5% de la energía proveniente de los TAG (el 95% restante proviene de los ácidos grasos)
Metabolismo del Glicerol
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CATABOLISMO DE ÁCIDOS GRASOS
Oxidación de Ácidos Grasos� Ocurre en tejidos como: Hígado, músculo
esquelético, corazón, riñón, tejido adiposo, etc.
� Comprende la oxidación del carbono β del ácido graso.
� Ocurre en las MITOCONDRIAS.� Antes debe ocurrir:
1. Activación del ácido graso (requiere energía en forma de ATP)
2. Transporte al interior de la mitocondria
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1) Activación del ácido graso
� Ocurre en el Citosol.� La reacción es
catalizada por la TIOQUINASA.
� El pirofosfato es hidrolizado por una PIROFOSFATA (esto hace que la reacción sea irreversible)
R CH2 CH2 C
O
OH
+
CoA SH
ATP
AMP + PPi
Mg++TIOQUINASA
R CH2 CH2 C
O
S CoA
Acil CoA
2 PiPirofosfatasa
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2) Transporte de Acil-CoA al interior de la mitocondria.
Después de la activación, los ésteres de Ácidos Grasos con CoA entran a la mitocondria para ser procesados.
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β-OxidaciónSe remueven 2 carbonos por ciclo� Se produce una molécula de Acetil-CoA en
cada ciclo.� El acetil-CoA producido entra en el ciclo de
Krebs para producir energía.
¿Porqué se llama β-Oxidación?En este proceso el carbono β del ácido
Graso se oxida a una cetona y luego a un tioéster.
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R - C - CH - CO SCoA2=
O
ß
R - CHOH - CH - CO SCoA2
ß
R - CH = CH - CO SCoAß
R - CH - CH - CO SCoA2 2
ß
R - CH - CH - COOH2 2
ß
CH - CO SCoA3
Repeticióndel proceso
FAD
FADH2
NAD+
NADH + H+
H O2
AcilCoA
Ácidos grasos
Carnitina y ATP
(1ª oxidación)
(2º oxidación)
(Hidratación)
(Hidrólisis)
H O2
H O2
R - COHO=_
ß
R - CO=SCoA
ß
CoA SH(Entrada a
mitocondria)
EnoilCoA
3-hidroxiacilCoA
3-cetoacilCoA
AcilCoA
AcetilCoA
CoA SH
FADH2
FADH2
NADH + H+
NADH + H+
CH-COSCoA3
CH-COSCoA3
Cadenarespiratoria
Ciclode Krebs
AcetilCoA
-Oxidación de losácidos grasos 1
2
3
45
3 ( )n 3 ( )n S - CoAHS - CoA+ATP AMP PPi+
Activación de los ácidos grasos
Ácido graso Acil - CoAACIL - CoASINTETASA
ββββ – Oxidación de los ácidos grasos
β α β α
3 3( () )n nS - CoA S - CoA
Primera etapa de deshidrogenación
FAD FADH2
Acil - CoA Enoil - trans - CoAACIL - CoA
DESHIDROGENASA
ββββ – Oxidación de los ácidos grasos
ββ α α
3 3( () )n nS - CoA S - CoA
Etapa de hidratación
Enoil - trans - CoA L-3-Hidroxiacil - CoAENOIL - CoA HIDRATASA
ββββ – Oxidación de los ácidos grasos
ββ
α α
3 3( () )n nS - CoA S - CoA
L-3-Hidroxiacil - CoA
NAD+ NADH H++
3-Oxoacil - CoA3- HIDROXIL - CoA
DESHIDROGENASA
Segunda etapa de deshidrogenación
ββββ – Oxidación de los ácidos grasos
ββ αα
ββββ – Oxidación de los ácidos grasos
3 ( )n 3 ( )n S - CoA
S - CoA
3-Oxoacil - CoA Acetil - CoA Acil - CoA
Etapa de escisión
S - CoA2 +
ACETIL - CoAACETIL-TRANSFERASA
H
S - CoA
ββ
α
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Acil-CoA del paso de activación
Se obtienen 5ATP por ciclo de b-Oxidación
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INTERRELACION CON EL CICLO
DE KREBS
•Los acetilos formados en la b-OXIDACIÓN ingresan al CICLO DE KREBS para su oxidación total a CO2.
•Los NADH y FADH2 producidos en el CICLO DE KREBS forman ATP en la mitocondria (FOSFORILACIÓN OXIDATIVA)
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BALANCE DE LA REACCIÓN•En cada ciclo se pierden 2 átomos de C en forma de Acetil-CoA.
•Para degradar completamente un ac. Graso de 16 C hacen faltan 7 ciclos de β-Oxidación.
Nº de ciclos = (nº de C) – 1
2
•En cada ciclo se produce 1 molécula
de FADH2 y otra de NADH:
FADH2= 2ATP
NADH= 3ATP
(Cadena Respiratoria)
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Balance Neto de Energía
Ácido Caprilico(8 carbonos)
Ácido Palmítico(16 carbonos)
Uniones~P
Uniones~P
Cantidad de ciclos 3 7Consumo para activación
inicial-2 -2
ATP producidos en la β-Oxidación (5/ ciclo)
+15 +35
ATP producidos en Ciclo de Krebs (12/ acetil CoA)
+48 +96
ATP Totales 61 129
� La oxidación de estos ácidos grasos presenta algunas dificultades, pero deben existir reacciones para su aprovechamiento dado que son ingeridos en la dieta.
� La mayoría de las reacciones son las mismas que para los ácidos grasos saturados,
� Son necesarios solamente un par de enzimas adicionales (una isomerasa y una reductasa), para degradar una amplia gama de ácidos grasos insaturados.
OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS INSATURADOS
� La isomerasa es necesaria para manipular los dobles enlaces situados en posiciones impares.
� En el proceso de degradación de estos ácidos grasos insaturados se forma un doble enlace entre los carbonos 3 y 4 que impediría la oxidación (no puede formarse el doble enlace entre los carbonos 2 y 3).
� Cis-∆3 enoil-CoA isomerasa isomeriza este enlace doble entre los carbonos 3 y 4, a enlace entre los carbonos 2 y 3, produciendo trans-∆2enoil-CoA que puede seguir siendo oxidado de manera normal.
� Isomerasa y reductasa son necesarias para manipular los dobles enlaces situados en posiciones pares.
� De igual manera, para otros ácidos grasos (como linoneil-CoA, ) se puede presentar un intermediario con un doble enlace entre los carbonos 4 y 5, cuya oxidación en el primer paso de la β-oxidación da lugar un intermediario 2,4-dienoeil, que no es buen sustrato para la enoil-CoA hidratasa.
� El problema se soluciona mediante una 2,4-dienoil-CoA reductasa que utiliza NADPH para reducir este dienoil intermediario y formar trans-∆3 enoil-CoA (sustituye la pareja de dobles enlaces en un doble enlace entre los carbonos 3 y 4) , que puede ser isomerizado por la isomerasa anterior produciendo trans-∆2 enoil-CoA y continuar la β-oxidación.
OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS DE CADENA IMPAR
� Los ácidos grasos de cadena impar son especies poco abundantes. Se oxidan de la misma forma que los ácidos grasos de cadena par y solo se diferencian de éstos en que en el ciclo final de la degradación se produce propionil-CoA y acetil-CoA en lugar de dos moléculas de acetil-CoA. Esta unidad activada de tres carbonos del propionil-CoA entra en el ciclo del ácido cítrico mediante su conversión a succinil-CoA
� Propionil-CoAes transformado en succinil-CoA en un proceso de tres etapas:
1. Carboxilacióndel propionil-CoA : catalizado por propionil-CoAcarboxilasa, un enzima dependiente de biotina, homologo y con un mecanismo similar al de piruvato carboxilasa. Se realiza a expensas de la hidrólisis de un ATP. Se forma el isómero D del metilmalonil-CoA.2. Racemización del D-metilmalonil-CoA : catalizado por metilmalonil-CoA racemasa (epimerasa) produciendo el isómero L.3. Reordenamiento intramolecular del L-metilmalonil-CoA : catalizado por metilmalonil-CoA mutasa, que contiene como coenzima un derivado de vitamina B12, la cobalamina.
COBALAMINA (VITAMINA B12)� Los enzimas de cobalamina, que se encuentran
presentes en la mayoría de los organismos, catalizan tres tipos de reacciones:� Reordenamientos intramoleculares� Metilaciones� Reducción de ribonucleótidos a
desoxirribonucleótidos
� En los mamíferos, las únicas reacciones que se conocen que requieren coenzima B12 son:� Conversión de L-metilmalonil-CoAen succinil-CoA� Formación de metionina por metilación de la
homocisteína. Importante porque la metionina es necesaria en la generación de determinados coenzimas que participan en la síntesis de purinas y timina (necesarias en la síntesis de ácidos nucleicos)
� La estructura del coenzima B12 consta de:� Un anillo de corrina: cuatro unidades pirrólicas unidas
dos directamente y otras dos mediante puentes metínicos (como en las porfirinas). Este anillo está mas reducido que el de las porfirinas.
� Un átomo de cobalto en el centro del anillo, unido a los cuatro nitrógenos pirrólicos
� Un derivado del dimetilbencimidazol, que coordina tambien al cobalto con uno de los átomos de nitrógeno del dimetilbencimidazol•una unidad de 5´-desoxiadenosilo que actúa también coordinando al cobalto para el caso del coenzima B12 (pueden ser también grupos ciano (cianocobalamina) o metilo (metilcobalamina)
Cobalto se encuentra en estado de oxidación +3 cuando se encuentra coordinado en esta estructura
COBALAMINA (VITAMINA B12)� Las reacciones que catalizan los enzimas de cobalamina son
intercambios de dos grupos unidos a átomos de carbono adyacentes: un átomo de hidrogeno migra al carbono contrario y simultáneamente un grupo R se desplaza en sentido contrario.
MECANISMO DE METILMALONIL-CoA MUTASA
� El mecanismo de reacción implica en una primera etapa la ruptura homolítica del enlace carbono-cobalto de la 5’-desoxiadenosilcobalamina, dando lugar a coenzima B12 con Co+2y un radical 5’-desoxadenosilo (-CH2•).
� Este radical -CH2• es el encargado de extraer un átomo de hidrógeno de la molécula sustrato para formar 5’-desoxiadenosina y un radical del sustrato, que se reordena espontáneamente migrando el grupo carbonil-CoA a la posición que antes ocupaba el hidrógeno.
� La función del coenzima B12 en estas migraciones intramoleculares es servir de fuente de radicales libres para la extracción de átomos de hidrógeno. Esto es debido a la facilidad de ruptura del enlace cobalto-carbono, que es aumentada en el interior del centro activo del enzima.
OXIDACIÓN DE LOS ÁCIDOS GRASOS EN LOS PEROXISOMAS
� Aunque la mayoría de las oxidaciones de los ácidos grasos tienen lugar en la mitocondria, algunas oxidaciones suceden en los orgánulos celulares denominados peroxisomas.
� Estos orgánulos se caracterizan por poseer elevadas concentraciones del enzima catalasa, que cataliza la reacción de dismutación del peróxido de hidrógeno en agua y oxígeno molecular.
� La oxidación de los ácidos grasos en estos orgánulos, que acaba en octanoil-CoA puede servir para acortar las cadenas largas y hacerlas mejores sustratos para la β-oxidación mitocondrial .
� La oxidación peroxisomal difiere de la β-oxidación en la primera etapa de oxidación inicial .
� En los peroxisomas, una deshidrogenasa de Flavoproteina transfiere los electrones al O2, produciendo H2O2, a diferencia de capturarlos en FADH2 como ocurre en la β-oxidación mitocondrial.
� Este peróxido es eliminado posteriormente por la catalasa. El resto de reacciones son idénticas a las que se producen en la mitocondria aunque son llevadas a cabo por isoformas diferentes de los enzimas.
� Síndrome de Zellweger: � Ausencia de peroxisomas funcionales, debido a defecto en el
sistema de importación de los enzimas al interior del peroxisoma.
� Anomalías en hígado, riñon y músculo, muerte alrededor de los seis años de edad
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BIOSINTESIS DE ÁCIDOS GRASOS
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� Cuando la ingesta supera las necesidades energéticas, el exceso se almacena como reserva en forma de grasas.
� Los restos de acetil-CoA provenientes de la β-oxidación y de la degradación de glucosa o de las cadenas carbonadas de algunos aa, pueden utilizarse para sintetizar nuevos ac. Grasos.
� Estos se incorporan al glicerol para ser almacenados como grasa de depósito.
� La síntesis de ac. Grasos de hasta 16 C ocurre en el citoplasma y se conoce como SINTESIS DE NOVO.
� La elongación de ac. Grasos preexistentes se realiza en las mitocondrias.
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SINTESIS DE NOVO(SINTESIS CITOPLASMÁTICA DE AC. GRASOS)
� Los ac. grasos se sintetizan en el citosol a partir de acetil-CoA que se produce en la mitocondria por lo tanto es necesario que estos últimos sean transportados afuera de las mitocondrias.
� La membrana mitocondrial interna es impermeable a acetil-CoA.
� La manera en que salen es como citrato mediante un transportador de tricarboxilatos.
� Se usa NADPH como fuente de H para las reducciones.
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SALIDA DE ACETILOS DE LA MITOCONDRIA AL CITOSOL
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ETAPAS DE LA SÍNTESIS DE AC. GRASOS
Comprende:1. Formación de malonil-CoA.2. Reacciones catalizadas por
el complejo multienzimático de la Ácido graso sintetasa.
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1)Formación de malonil-CoA� Es una carboxilación que requiere HCO3
- como fuente de CO2.
� Cataliza: acetil-CoA carboxilasa que usa biotina (vit B7) como coenzima.
� Es el principal sitio de regulación de la síntesis de ac. Grasos.
H3C C
O
S CoA + CO2
ATP ADP + Pi
H2C C
O
S CoA
COO-
acetil-CoAcarboxilasa
acetil-CoA malonil-CoA
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2)Reacciones de la acido graso sintetasa
� Cataliza la síntesis de ac. Grasos de hasta 16 C.� Formada por 2 subunidades, cada una con 3 dominios:
� Dominio 1: ingreso de sustratos y unidad de condensación. Contiene 3 enzimas:
• Acetil transferasa (AT)• Malonil transferasa (MT)• Enzima condensante (KS) con resto de
Cys.• Dominio 2: unidad de reducción. Contiene 3 enzimas:
• Cetoacil reductasa (KR)• Hidroxiacil deshidratasa (HD)• Enoil reductasa (ER)
�Posee la porción transportadora de acilos ACP.• Dominio 3: liberación de ácidos grasos. Posee la
enzima:• Deacilasa .
Una subunidad de Acido Graso Sintetasa.
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1)Transferencia de acetato.
Una molécula de acetil-CoA ingresa y la acetil transferasa (AT) transfiere el resto acetilo al sitio activo de la enzima condensante (KS).
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2)Transferencia de malonilo.
El malonil-CoA formado ingresa y se une al residuo de Fosfopanteteína de la Proteína Transportadora de Acilos (ACP) por acción de la malonil transferasa (MT).
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3)Condensación de acetilo con malonilo
•El carboxilo libre del malonilo se separa como CO2.
•Se produce la unión de acetilo y malonilo catalizada por la enzima condensante (KS) para formar ceto-acil ACP.
•Se libera el acetilo de la enzima condensante.
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4) Primera reducción( reducción del grupo ceto)
El ceto-acil ACP formado se reduce a hidroxi-acil ACP por acción de la ceto-acil reductasa (KR).
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5)Deshidratación
Se pierde una molécula de agua, reacción catalizada por la hidroxi acil deshidratasa (HD).
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6)Segunda reducción
(Saturación del enlace C=C)
El compuesto insaturado es hidrogenado por acción de la enoil reductasa (ER).
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TranslocaciónLa cadena en elongación unida al grupo fosfopanteteína de la ACP es translocada al residuo de cisteína de la enzima condensante (KS).
El grupo fosfopanteteína queda libre para la unión a malonilo comenzando un nuevo ciclo.
� El ciclo se repite hasta llegar a ac. Grasos de 16 C.
� Los H necesarios para las reducciones provienen de NADPH que se obtiene en la vía de las pentosas y en menor cantidad por la enzima málica que convierte el piruvato en malato para su salida al citosol (transporte de acetilos)
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RESUMEN: Pasos de la biosíntesis de Ac. Grasos.
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Síntesis de ÁcidosGrasos
ACP=Proteína TransportadoraDe Acilos
Generación de dobles enlaces en los ácidos grasos
SÍNTESIS DE ÁCIDOS GRASOS POLINSATURADOS
� Los dobles enlaces se separan por un grupo metileno.
� Los dobles enlaces se introducen entre el doble enlace preexistente y el grupo carboxilo a excepción de los vegetales.
� Dos enzimas pueden capacitar a los animales para realizar este trabajo la desaturasa y la elongasa.