Tema 6. Metabolisme de lípids (2015)

Apunte Catalán
Universidad Universidad Pompeu Fabra (UPF)
Grado Medicina - 2º curso
Asignatura Bioquímica II
Año del apunte 2015
Páginas 14
Fecha de subida 03/02/2015
Descargas 14
Subido por

Vista previa del texto

Tema 6. Metabolisme de lípids Els lípids són un grup heterogeni de molècules orgàniques insolubles en aigua. Alguns exemples, classificats en relació a la seva funció són els següents.
Energètica Àcids grassos Triacilglicerols Estructurals Fosfolípids Esfingolípids Glicolípids Hormonal Esteroides Vitamines A, D, E, K 1. IMPORTÀNCIA DELS LÍPIDS COM A RESERVA D’ENERGIA Els lípids són una important molècula de reserva energètica donat que tenen una oxidació molt més eficient que els glúcids, obtenint-se 9 kcal/mol en lloc de les 4 kcal/mol obtingudes amb la degradació del glicogen. S’emmagatzemen de manera anhidra (sense aigua) amb una eficiència també major: 1 gram de greix equival a uns 6 grams de glicogen.
Reserves d’energia en l’organisme (70kg)     100.000 kcal triglicèrids (90% dels lípids) 25.000 kcal proteïnes (principalment en múscul) 600 kcal glicogen 40 kcal glucosa Els lípids de l’organisme poden provenir de la dieta o de la síntesi a partir d’altres compostos i s’emmagatzemen principalment al teixit adipós blanc en forma de triacilglicerol. A diferència del que succeeix amb la glucosa, la seva concentració és variant en funció de l’estat de l’individu.
Emulsió, degradació i absorció dels lípids de dieta Els lípids provinents de la dieta són principalment triacilglicerols (90%) i, en menor proporció, fosfolípids, glicolípids i colesterols. La seva digestió s’inicia a l’estómac amb l’acció d’algunes lipases i és més eficient a l’intestí gràcies a l’alliberació d’enzims pancreàtics i sals biliars.
Els lípids tenen tendència a agregar en presència d’un medi aquós i formar gotes lipídiques, mentre que els enzims pancreàtics requereixen aquest medi aquós per actuar. Les sals biliars són derivats del colesterol que actuen emulsionant les gotes lipídiques i permetent l’actuació dels enzims.
Els triacilglicerols es degraden per hidròlisi mitjançant l’actuació de lipases i s’obtenen àcids grassos i monoacilglicerols. Aquests monòmers són transportats a l’interior de les cèl·lules de la mucosa de l’intestí i es formen de nou triacilglicerols, que reaccionaran amb altres lípids i proteïnes formant quilomicrons que seran transportats al sistema limfàtic.
Transport de lípids als teixits Les lipoproteïnes són el principal mètode per transportar lípids excepte pels àcids grassos, que es transporten amb l’albúmina.
Les principals classes de lipoproteïnes són els quilomicrons (entre els que destaca B48), VLDL, LDL i HDL. Els quilomicrons i el VLDL transporten principalment triacilglicèrids, mentre que LDL i HDL són importants pel transport de colesterol.
2. BIOSÍNTESI DELS ÀCIDS GRASSOS Els àcids grassos es classifiquen habitualment en funció del seu número de carbonis i de la presència d’insaturacions (dobles enllaços) que modifiquen la solubilitat del lípid. El nostre organisme només està capacitat per sintetitzar àcids grassos amb dobles enllaços fins la posició número 9, de manera que els àcids grassos amb insaturacions per sobre d’aquesta posició, com el linoleic i el linolènic, s’hauran d’obtenir per dieta: són àcids grassos essencials L’àcid gras més típic és el palmitat o àcid palmític, un àcid gras saturat de 16 carbonis.
Els estudis inicials de la biosíntesi dels àcids grassos es basen en l’observació inicial del número parell de carbonis de tots els àcids grassos. Es va utilitzar acetat marcat ( 13CH3 – 13 COOH) i es va comprovar que es requeria bicarbonat (HCO-3) per la síntesi dels àcids grassos tot i que aquest no s’incorporava. El primer intermediari que s’utilitza és el malonil-CoA, una molècula de 3 àtoms de carboni, l’últim de la qual no s’incorpora a la cadena final.
Transport d’acetil-CoA al citosol La síntesi dels àcids grassos es dóna al citosol i requereix acetil-CoA, per tant el primer que cal aconseguir és que l’acetil-CoA surti del mitocondri. Donat que no hi ha cap transportador que permeti la sortida de l’acetil-coA, aquest reacciona amb oxalacetat formant citrat. El transportador de citrat té una afinitat molt baixa i el citrat forma part del cicle de Krebs, per tant aquesta molècula només sortirà del mitocondri quan el cicle estigui saturat i la seva concentració sigui molt alta. Un cop al citosol s’utilitza una molècula d’ATP per degradar el citrat i obtenir de nou acetil-CoA i oxalacetat mitjançant l’enzim ATP-citrat liasa. L’acetil-CoA iniciarà el procés de síntesi dels àcids grassos i l’oxalacetat es convertirà a malat i posteriorment a piruvat per tornar a introduir-se al mitocondri.
La síntesi d’àcids grassos, per tant, només es produirà davant la presència d’acetil-CoA al citosol, sent això indicatiu de que la cèl·lula disposa d’energia, doncs el cicle de Krebs està saturat.
Carboxilació d’acetil-CoA i obtenció de Malonil-CoA L’acetil-coA carboxilasa, utilitzant la biotina com a coenzim, incorpora un grup CO2 a l’acetilcoA i s’obté malonil-coA.
La biotina és una molècula que està inactiva quan es troba com a tetràmer o octàmer i que s’activa amb la formació de polímers. Aquesta molècula té la capacitat de fixar ATP i captar bicarbonat, convertint-se així en carboxibiotina. A continuació transfereix el bicarbonat a l’acetil-CoA i s’allibera malonil-CoA.
Formació de palmitat (16 C) a partir de malonil-coA.
Per l’elongació de la cadena de l’àcid gras a partir de malonil-coA intervé l’enzim àcid gras sintasa, un enzim format per dues subunitats amb 7 dominis catalítics que permet una gran eficiència catalítica i una síntesi enzimàtica coordinada. El braç de l’àcid gras sintasa, anomenat fosfopanteteïna, és flexible i permet unir un compost i enfrontar-lo als diferents dominis catalítics.
L’àcid gras sintasa incorpora a una de les seves subunitats una molècula d’acetil-CoA gràcies a l’acció d’acetil-CoA ACP transacilasa i la transfereix a un residu de cisteïna. A continuació capta una molècula de malonil-CoA gràcies a l’acció de malonil-CoA ACP transacilasa.
La molècula d’acetil-CoA és condensada sobre la molècula de malonil-CoA per acció de βcetoacil ACP sintasa. Amb aquesta reacció s’allibera un grup carboxil i es forma β-cetoacil-ACP, una molècula de quatre àtoms de carboni però que no té encara la composició bàsica d’un àcid gras, té un grup cetona que cal eliminar.
El braç mòbil exposa β-cetoacil-ACP a un grup reductor que introdueix dos electrons i permet passar un grup cetònic a un grup hidroxil per acció de l’enzim β-cetoacil-ACP reductasa. S’obté D-3-hidroxiacil-ACP. El grup hidroxil s’elimina amb la β-hidroxiacil-ACP deshidrasa, que extreu una molècula d’aigua, i s’obté T-D2-Enoil-ACP, que presenta un doble enllaç en lloc del grup hidroxil. Per eliminar aquest doble enllaç cal fer una segona reducció que és catalitzada per l’enoil-ACP reductasa i s’obté una molècula de butiril.
El butiril és una molècula de 4 carbonis que ja presenta la composició bàsica d’un àcid gras, per tant ara cal allargar la molècula fins obtenir àcid palmític. El butiril es canvia de posició al residu de cisteïna, s’incorpora un nou malonil-coA i es tornen a donar les mateixes reaccions: condensació, descarboxilació, reducció, deshidratació i reducció. Aquest procés es repeteix fins obtenir el nombre de carbonis esperat i finalment s’incorpora aigua per alliberar el producte final. Aquesta última reacció és catalitzada per l’enzim palmitoil tioesterasa.
1. Acetil-CoA ACP transacilasa 3. Malonil-CoA ACP transacilasa 4. -cetoacil ACP sintasa 5. -cetoacil ACP reductasa 6. -hidroxiacil ACP deshidrasa 7. enoil-ACP reductasa -Palmitoil tioesterasa La reacció global de la síntesi d’àcid palmític és: Acetil-CoA + 7 malonil-CoA + 14 NADPH + 20 H+  Palmític + 7 CO2 + 14 NADP + 8 CoA + 6 H2O Les molècules de NADPH provenen 8 de l’obtenció d’acetil-coA, concretament de la formació de piruvat a partir de malat, i 6 de la via de les pentoses fosfat.
Biosíntesi d’àcids grassos diferents al palmític Per la síntesi d’àcids grassos que difereixen del palmític en la longitud d ela cadena i/o en el grau d’insaturació es donen dos processos diferents. L’elongació es realitza al reticle endoplasmàtic llis del mitocondri a partir de malonil-CoA, mentre que la creació d’insaturacions requereix la presència d’oxigen i és duta a terme per l’enzim NADH acil-CoA desaturasa.
Els àcids grassos amb insaturacions posteriors al carboni 9, com l’àcid linoleic i el linolènic, són àcids grassos essencials ja que no som capaços de sintetitzar-los i s’han d’adquirir a través de la dieta.
Regulació de la síntesi d’àcids grassos La regulació de la síntesi d’àcids grassos es dóna a diferents nivells:  Regulació espacial produïda per la necessitat de que el citrat surti del mitocondri per iniciar la síntesi. Això només succeirà quan hi hagi una acumulació molt gran d’aquest a la matriu mitocondrial per una saturació del cicle de Krebs.
 Interacció amb altres vies El cicle de Krebs ha d’estar saturat i, a més, s’ha de donar la via de les pentoses fosfat per obtenir NADPH.
 Regulació de l’activitat enzimàtica Es regula la transcripció dels enzims acetil-CoA carboxilasa i àcid gras sintasa. La síntesi enzimàtica s’inhibeix durant el dejuni mentre que s’incrementa la síntesi amb una dieta rica en CHO.
 Acetil-CoA carboxilasa es regula també per mecanismes de fosforilació i defosforilació i per efectors al·lostèrics. El citrat és un efector al·lostèric positiu mentre que el malonil-CoA i el palmitoil-CoA són efectors al·lostèrics negatius. En els processos de fosforilació i defosforilació intervenen la insulina i el glucagó. La insulina indica que hi ha hagut una ingesta, de manera que acetil-coA carboxilasa es desfosforila i augmenta la seva activitat. Glucagó en canvi indica dèficit energètic, de manera que no s’han de formar àcids grassos sinó que s’han de mobilitzar. Glucagó activa PKA que fosforila l’enzim i l’inactiva.
3. BIOSÍNTESI DELS TRIACILGLICEROLS La síntesi dels triacilglicerols es realitza a partir de tres molècules d’àcids grassos i una molècula de glicerol fosfat.
El glicerol fosfat pot obtenir-se tant al fetge com al teixit adipós a partir de la reducció de la dihidroxiacetona provinent de glicòlisi mitjançant la glicerol-P deshidrogenasa i la glicerol cinasa pot fosforilar el glicerol exclusivament al fetge.
Transportador GLUT4 al teixit adipós L’entrada de glucosa al teixit adipós es realitza a través del transportador de glucosa GLUT4, un transportador insulinodependent. Quan hi ha un augment dels nivells d’insulina circulants, aquesta s’uneix a receptors específics de la membrana plasmàtica i es promou la fusió de vesícules amb transportadors GLUT4 amb la membrana cel·lular. D’aquesta manera es permet l’entrada de glucosa a la cèl·lula. Quan els nivells d’insulina descendeixen, els transportadors de glucosa són internalitzats formant vesícules que s’agrupen en endosomes i es mantenen a l’espera d’una nova senyal d’insulina.
Biosíntesi dels triacilglicerols Per la biosíntesi dels triacilglicerols cal, en primer lloc, l’activació de l’àcid gras. Per fer-ho l’àcid gras reacciona amb ATP produint acil adenilat i alliberant dos fosfats inorgànics. A continuació intervé l’enzim acil-CoA sintetasa que afegeix un grup CoA mitjançant un enllaç sulfhídric i elimina una molècula d’AMP.
Sobre el glicerol fosfat s’uneixen les dues primeres molècules d’acil-CoA mitjançant l’enzim acil transferasa, formant primer àcid lisofosfatídic i després àcid fosfatídic. A continuació s’extreu el grup fosfat de l’últim carboni a través d’un procés d’hidòlisi catalitzat per l’enzim fosfolasa i es forma diacilglicerol, al que s’unirà una tercera molècula d’acil-CoA mitjançant de nou l’acil transferasa i es formarà finalment el triacilglicerol.
4. D EGRADACIÓ DE TRIACILGLICEROLS I ÀCIDS GRASSOS Per acció de lipases, el triacilglicerol reacciona amb tres molècules d’aigua i es degrada alliberant una molècula de glicerol i tres àcids grassos.
El glicerol alliberat s’utilitza al fetge per produir glucosa amb el procés de gluconeogènesi i els àcids grassos es degraden per obtenir energia.
Regulació de la degradació dels triacilglicerols La lipasa que realitza el pas de triacilglicerol a diacilglicerol alliberant un àcid gras és una lipasa sensible a hormones com el glutagó o l’adrenalina, que inhibeixen la síntesi d’àcids grassos actuant sobre l’acetil-CoA carboxilasa alhora que activen la lipasa estimulant la seva fosforilació.
β-oxidació mitocondrial Els àcids grassos obtinguts amb la degradació de molècules de triacilglicerol s’empaqueten amb albúmina, una molècula que pot transportar fins a 10 àcids grassos i introduir-los als teixits que n’obtindran energia.
La β-oxidació es du a terme al mitocondri, per tant, un cop dins la cèl·lula, els àcids grassos han d’accedir a aquest. Per fer-ho cal activar l’àcid gras per acció de l’acetil-coA sintetasa, que incorpora un grup acetil-CoA i consumeix 2 ATP. D’aquesta manera l’àcid gras entra a l’espai intermembrana a través del transportador carmitina acil transferasa I (CPT I). Aquest transportador separa l’àcid gras de l’acetil-CoA i l’uneix a una molècula de carmitina, formant així acil carmitina.
A la membrana mitocondrial interna es localitza la translocasa que permet l’entrada de l’àcid gras a la matriu mitocondrial. Aquest transportador actua conjuntament amb CPT II, que té una activitat inversa a CPT I: allibera l’àcid gras de carmitina i l’incorpora a un coenzim A formant de nou acil-coA gras, el compost d’entrada al procés de β-oxidació.
La introducció d’àcids grassos a la matriu mitocondrial és inhibit per la presència de malonilCoA, un indicador de que s’està produint la síntesi d’àcids grassos a la cèl·lula.
La β-oxidació mitocondrial és un procés cíclic de 4 reaccions que permet l’alliberació de dos carbonis, una molècula d’acetil-CoA, un FADH2 i un NADH2 en cada cicle.
 Acil-coA deshidrogenasa incorpora un doble enllaç i es forma un FADH2.
 Enoil coA hidratasa incorpora un grup H2O i s’elimina el doble enllaç amb l’incorporació d’un grup hidròxid.
 Beta hidroxiacil-coA deshidrogenasa treu dos hidrogens canviant el grup hidroxil per un grup cetona.
 Acil-coA transferasa allibera el grup CoA final i els dos carbonis adjacent (grup acetil-CoA) i insereix un nou grup CoA.
En cas de realitzar la degradació d’àcids grassos de cadena imparella o amb insaturacions es realitza el mateix cicle amb alguns passos especials.
Pels àcids amb un nombre imparell de carbonis la molècula final és el propionil-CoA, de tres carbonis. L’acumulació d’aquest compost es tòxica, per això es converteix en succinil-CoA, que s’incorpora al cicle de Krebs.
Per fer aquesta conversió propionil-CoA és carboxilat per la propionil-CoA carboxilasa formant D-metilmalonil-CoA, que es converteix a L-metilmalonil-CoA. L’acumulació d’aquests compostos és també tòxica, de manera que L-metilmalonil-CoA es transforma a succinil-CoA per acció de la metilmalonil-CoA mutasa, que actua conjuntament amb la vitamina B12 com a coenzim. La falta d’aquesta vitamina, per tant, pot ser perillosa.
Quan es tracta d’àcids grassos insaturats es veu disminuït el rendiment net ja que cal posicionar dobles enllaços per poder hidratar i eliminar.
El rendiment de la β-oxidació dels àcids grassos per una molècula de palmitoil-CoA és de 129 ATP, suposant un 40% de l’energia lliure dels àcids grassos.
El procés de β-oxidació requereix una primera fase d’activació amb l’inserció del grup CoA que requereix 2 ATP i posteriorment s’obtenen 8 acetil-CoA, 7 NADH i 7 FADH.
En comparació amb la degradació de la glucosa, aquesta permetia l’obtenció de 6,3 ATP per carboni mentre que l’àcid palmític aporta 8,3 ATP/carboni, tenint per tant una degradació més eficient.
De fet, si es compara la utiltizació de glucosa i lípids pel nostre organisme s’observa que el consum de glucosa representa el 20-30% de l’energia mentre que el 70% restant prové de l’oxidació dels lípids.
5. ELS COSSOS CETÒNICS Els cossos cetònics són sintetitzats als mitocondris del fetge però no poden ser utilitzats per aquest. El fetge els secreta al torrent circulatori i poden ser una font d’energia de qualsevol altre òrgan, tenint una importància especial com a font d’energia pel SNC, que només pot obtenir energia de la glucosa i els cossos cetònics. Es sintetitzen quan hi ha un excés d’AcetilCoA, per tant quan hi ha una degradació d’àcids grassos. Això provoca que hi hagi una sobreproducció de cossos cetònics en períodes de dejú o en persones diabètiques.
[normal] = 0,2mM [dejú] = 2mM [diabetis] = 20mM A l’organisme no li interessa tenir un nivell elevat de cossos cetònics circulants en sang perquè provoquen un descens del pH sanguini.
Síntesi de cossos cetònics La síntesi dels cossos cetònics es produeix als mitocondris del fetge i s’inicia amb l’acció de l’enzim tiolasa que uneix dos grups acetil-CoA formant un acetoacetil-CoA i alliberant un grup CoA. Una alternativa equivalent a aquesta reacció la utilització d’un acil-coA gras procedent del final del procés de degradació dels àcids grassos.
L’acetoacetil-CoA serveix de substrat per l’addició d’un nou grup acetil-CoA per acció d’HMG CoA sintasa. En aquest procés s’allibera el grup CoA i s’obté HMG CoA. Intervé aleshores HMG CoA liasa, que extreu una molècula d’acetil-CoA i allibera acetoacetat. Aquest és el primer dels cossos cetònics dels que es podrà extreure energia.
Finalment sobre l’acetoacetat pot actuar la 3-hidroxibutirat deshidrogenasa, que el redueix i forma 3-hidroxibutirat. També pot alliberar-se espontàniament un grup CO2 i obtenir-se una acetona.
Els cossos cetònics produïts al fetge s’alliberen al torrent sanguini i són utilitzats per altres cèl·lules.
En aquestes cèl·lules el 3-hidroxibutirat es s’oxida per formar de nou acetoacetat, que forma acetoacetil-CoA per acció de l’enzim tioporasa, que utilitza un grup CoA del cicle de Krebs.
Finalment acetoacetil-CoA forma dos grups acetil-CoA.
El fetge no pot obtenir energia a partir dels cossos cetònics perquè manca de l’enzim tioporasa.
6. VISIÓ GLOBAL DEL METABOLISME LIPÍDIC A diferència dels glúcids, on era especialment important el manteniment dels nivells de glucèmia constants, els nivells de lípids en sang es veuen alterats en funció de l’estat nutricional del cos.
La lipasa sensible a hormones al teixit adipós blanc és l’encarregada de mobilitzar els àcids grassos d’aquest teixit.
En un període de dejuni les concentracions d’àcids grassos associats a albúmina en sang són molt alts. Quan hi ha una ingesta augmenta la concentració d’insulina i aquesta inhibeix la mobilització dels àcids grassos del teixit adipós blanc, de manera que aquesta concentració disminueix dràsticament. Quan disminueixin de nou els nivells d’insulina s’activarà de nou la mobilització dels àcids grassos i augmentarà la concentració d’àcids grassos associats a albúmina.
La imatge següent mostra el metabolisme de la glucosa i els àcids grassos al teixit adipós blanc. Els triacilglicerols del teixit adipós blanc són el principal magatzem d’energia química del nostre organisme. La insulina permet l’entrada d’àcids grassos transportats per les proteïnes lipoproteiques i glucosa a través del transportador GLUT4 i afavoreix també el procés de lipogènesi i esterificació. Un descens d’insulina implica la mobilització de la grassa mitjançant la degradació dels triacilglicerols. Els productes d’aquesta degradació, glicerol i àcids grassos, s’alliberen al flux sanguini i els segons s’associen amb l’albúmina.
Després del dejú d’una nit els àcids grassos són alliberats del teixit adipós blanc per acció de la lipasa sensible a hormones. El glicerol forma glucosa al fege i els àcids grassos no esteríficats (NEFA) van al múscul i al cortex renal per obtenir energia i al fetge per formar cossos cetònics i triacilglicerols.
Després d’una ingesta els triacilglicerols són absorbits a nivell de l’intestí prim i entren a la circulació en forma de quilomicrons. Són hidrolitzats per acció de la lipoproteïna lipasa als capil·lars dels teixits.
7. ALTERACIONS DEL METABOLISME LIPÍDIC  Alteracions en el transport de lípids  Manca d’albúmina circulant Provoca una càrrega menys eficient d’àcids grassos sobre albúmina en període de dejuni, de manera que períodes de dejú llargs provoquen un dèficit energètic. A més, si els àcids grassos es continuen alliberant i no s’uneixen a albúmina poden precipitar.
 Manca de LPL Es veu impedit el processament dels quilomicrons circulants provocant malalties sovint associades a una gran acumulació de lipoproteïnes sota la pell.
 Deficiències genètiques en el sistema de la carnitina  Es veu afectada l’entrada de carnitina a la cèl·lula  Mutacions en CPTII muscular S’impedeix l’entrada d’àcids grassos als mitocondris de les cèl·lules musculars o bé aquesta entrada es fa de manera menys eficient provocant fatiga muscular. Si això es donés al fetge aquest no podria sintetitzar glucosa i es provocaria una hipoglucèmia.
 Increment dels cossos cetònics circulants Provoca una caiguda del pH sanguini. La cetoacidosi diabètica és comú en pacients diabètics dependents d’insulina.
 Obesitat Hi ha moltes malalties associades a l’obesitat, com la hipertensió, la trombosi, la diabetis, problemes renals... El metabolisme basal depèn de la dieta però també, i de manera molt important, de la genètica.
Sobre el metabolisme lipídic és cert que: a) L’Acetil-CoA carboxilasa catalitza una reacció molt similar a la de la piruvat deshidrogenasa b) Les sals biliars trenquen els triacilglicerols en àcids grassos i glicerol durant la digestió c) L’àcid gras sintasa és activada al·lostèricament per citrat d) La lipasa sentible a hormones és clau per mobilitzar els triacilglicerols en situacions de dèficit energètic en el nostre organisme e) Una deficiència en el transport per la carnitina en cèl·lules musculars genera un problema de glucosa circulant en períodes d’hipoglucèmia ...