Importancia del metabolismo lipídico: reacciones de hidrólisis enzimática en glicerol
Importancia del metabolismo lipídico: ¡Reacciones para la hidrólisis enzimática en glicerol!
El primer paso en la degradación de las grasas es la digestión, es decir, la hidrólisis enzimática en glicerol y ácidos grasos, con lipasa como la enzima específica.
El glicerol puede entonces ser fosforilado por ATP y oxidado a fosfogliceraldehído, PGAL.
Este proceso requiere un ATP para la fosforilación pero produce 3 ATP en la transferencia de H 2 de NAD a 0 2 . Posteriormente, PGAL puede participar en la secuencia habitual del metabolismo de los carbohidratos a través de la glucólisis y el ciclo de Kreb, un proceso que produce 17 ATP por cada molécula. Por lo tanto, la respiración aeróbica completa de una molécula de glicerol produce una ganancia neta total de 19 ATP.
Oxidación Beta De Ácidos Grasos:
La descomposición respiratoria de los ácidos grasos se conoce como Beta-oxidación que se produce en el tejido adiposo y el hígado. El mecanismo fue descubierto por primera vez por Franz Knoop. En esta oxidación, el segundo o p-carbono del ácido graso sufre cambios oxidativos que resultan en la división de fragmentos sucesivos de 2 carbonos de una cadena de ácidos grasos hasta que solo permanece el último fragmento de 2 carbonos. Las enzimas requeridas en la oxidación P ocurren en las mitocondrias.
1. Activación del ácido graso:
Inicialmente, una molécula de ácido graso está vinculada terminalmente con CoA, ATP que proporciona la energía necesaria.
2. Deshidrogenación del ácido activado:
En la deshidrogenación, se elimina un H de cada uno de los carbonos ay p, y así se crea un doble enlace insaturado, -CH = CH-. El portador de hidrógeno específico en esta reacción es FAD.
3. Hidratación:
Esto resuelve el doble enlace insaturado y produce un grupo alcohólico en el carbono β.
4. Conversión del derivado β-hidroxilo-acilo en derivado β-ceto:
Esta reacción es catalizada por la enzima, β-hidroxil acil-deshidrogenasa, y NAD funciona como el aceptor de hidrógeno. Esta es la oxidación β de la cual toda la secuencia deriva su nombre.
5. Reacción de β-ceto-acilo CoA con CoA:
Esta reacción es catalizada por P-ceto-acil tiolasa y da como resultado la formación de acetil-CoA y un ácido graso activado que es más corto en 2 carbonos que el complejo de activación formado en la reacción 1, al comienzo de toda la secuencia. El complejo más corto ahora puede ser oxidado con P en su propio turno, y las moléculas de acetil-CoA consecutivas pueden ser cortadas.
La acetil-CoA producida en la descomposición de los ácidos grasos se puede oxidar posteriormente a C0 2 y H 2 O por medio del ciclo de Kreb.
Rendimiento energético durante la oxidación beta:
En la oxidación β, la transferencia de H2 de FAD a O2 produce 2ATP (no 3, ya que el paso de NAD se pasa por alto) y una transferencia análoga de NAD produce 3 ATP. Por lo tanto, hay una ganancia de 5 ATP por molécula de acetil CoA formada. Si, por ejemplo, asumimos que el ácido esteárico (C 18 ) es el combustible de arranque real, entonces, la oxidación p de este ácido graso puede ocurrir sucesivamente ocho veces, produciendo acetil CoA cada vez y dejando un noveno acetil CoA como resto.
A 5 ATP por p-oxidación, el rendimiento es por lo tanto 5 x 8 = 40 ATP, menos 1 ATP gastado para la activación original de la molécula de ácido esteárico libre. Por lo tanto, un ácido graso C 18 produce una red de 39 moléculas de ATP y 9 Acetil CoA. El último genera 9 × 12 o 108 moléculas de ATP en el ciclo de Kreb, de modo que la energía total obtenida de la respiración completa del ácido esteárico es de 147 moléculas de ATP.
En comparación con los 38 ATP producidos por una molécula de glucosa, (C 6 ), el ácido esteárico (C 18 ) produce 147 moléculas de ATP. Por lo tanto, los ácidos grasos son evidentemente una fuente más rica de energía utilizable que las cantidades equivalentes de carbohidratos. Esta es la razón por la que las grasas son los alimentos de almacenamiento de animales preferidos y por qué el metabolismo animal está altamente orientado hacia las grasas.
œ-Oxidación de ácidos grasos:
La oxidación de los ácidos grasos de cadena larga a α-hidroxi ácidos con un carbono menos que el sustrato original se ha demostrado en los microsomas del cerebro y otros tejidos y en las plantas, los ácidos grasos de cadena larga α-hidroxi son constituyentes de los lípidos del cerebro. Estos ácidos grasos hidroxilados pueden convertirse en los ácidos α-ceto, seguidos de la descarboxilación oxidativa, lo que resulta en la formación de ácidos grasos de cadena larga con un número impar de átomos de carbono.
RCH 2 —CH 2 —CH 2 —COOH–> RCH 2 —CH 2 —CHOH — COOH →
RCH 2 —CH 2 —CO — COOH–> RCH 2 —CH 2 —COOH + CO 2
La etapa inicial de a-hidroxilación es catalizada por una monooxigenasa que requiere 0 2, Fe 2+ y ácido ascórbico o tetrahidropteridina. La conversión del a-hidroxiácido en un a-cetoácido unido a una enzima se cataliza por una deshidrogenasa específica de NAD. La descarboxilación final involucra NAD, ATP y ácido ascórbico.
Ox-Oxidación de ácidos grasos:
Los ácidos grasos de longitud de cadena promedio y, en menor medida, los ácidos grasos de cadena larga pueden sufrir inicialmente una oxidación en to a ácidos grasos en ɯ-hidroxi que posteriormente se convierten en ácidos-dicarboxílicos. Esto se ha observado con enzimas en microsomas hepáticos y con preparaciones de enzimas solubles de bacterias.
En el hígado, la reacción inicial es catalizada por una monooxigenasa, que requiere O 2, NADPH 2 y citocromo P 450 . La ferrodoxina reemplaza al último compuesto en los microbios. Una vez formado, el ácido dicarboxílico puede acortarse desde cualquiera de los extremos de la molécula mediante la secuencia de oxidación β.
Eficiencia de la respiración gorda:
Aparte del mayor contenido de energía de las grasas, la eficacia de la respiración de las grasas es aproximadamente equivalente a la de los carbohidratos, es decir, alrededor del 40 por ciento.
Biosíntesis de ácidos grasos y grasas:
La mayoría de los organismos vivos, incluido el hombre, son capaces de sintetizar casi todos sus ácidos grasos a partir de sustancias no lipídicas. El material de construcción es acetil CoA. Dado que los carbohidratos y las proteínas pueden degradarse metabólicamente a acetil CoA, pueden proporcionar claramente los precursores para la formación de ácidos grasos.
La síntesis tiene lugar en el retículo endoplásmico y el citoplasma, y esencialmente implica la unión de unidades de acetil CoA para formar moléculas largas de cadena de carbono con la liberación de coenzima.
En la síntesis de ácidos grasos a partir de acetil CoA se necesitan varias enzimas diferentes, así como ATP, NADPH, coenzima A, la vitamina biotina y vitamina B 12 . Los ácidos grasos así formados reaccionan con el fosfato de glicerol, que se forma mediante la reducción del fosfato de dihidroxi acetona, o la fosforilación directa de glicerol con ATP en presencia de glicerocinasa.
Conversión de grasa a carbohidratos, el ciclo de glioxilato:
Aunque es una observación común que los carbohidratos se convierten fácilmente en grasas en tejidos animales, no hay evidencia de que ocurra lo contrario, es decir, la conversión de las grasas en carbohidratos. Sin embargo, en los tejidos de las plantas, las semillas con alto contenido de grasa convierten rápidamente sus depósitos de grasa en sacarosa en la germinación.
Hasta hace poco no se conocía el mecanismo de conversión de la grasa en carbohidratos. Harry Beevers a finales de los años 50 y principios de los 60 descubrió que la conversión de las grasas en azúcares se produjo a través del ciclo del glioxilato. El ciclo había sido reportado por primera vez por HL Kornberg y Krebs en ciertos microorganismos que vivían en un medio que contenía acetato como la única fuente de carbono.
Estos microorganismos cumplieron con todos sus requerimientos de energía, desde la descomposición del acetato hasta el CO y el agua a través de la acetil CoA, y utilizan esa acetil CoA para generar azúcares y otros materiales celulares.
El ciclo de glioxilato es esencialmente un bypass del ciclo de Kreb. De hecho, esta ruta se ve facilitada por las enzimas del ciclo de Kreb, aunque dos enzimas, isocitratasa y malato sintetasa aparecen en su totalidad en esta ruta.
El ciclo pasa por 5 pasos y de estos tres son las reacciones del ciclo de Kreb.
Reacción 1:
(Reacción del ciclo de Kreb). El acetil CoA obtenido a partir de la descomposición de la grasa entra en el ciclo de Kreb al reaccionar con ácido oxaloacético para formar ácido cítrico. Citrate sysnthetase afecta esta reacción.
Reacción 2:
(Reacción del ciclo de Krebs) El ácido cítrico se isomeriza al ácido isocítrico por deshidratasa aconítica con ácido cis-aconítico como intermedio.
Reacción 3:
(Reacción del ciclo del glioxilato) El ácido isocítrico se escinde para formar ácido succínico y ácido glioxílico, a través de la mediación de la isocitratasa.
Ácido isocítrico → Isocitatase, ácido glioxílico + ácido succínico
Reacción 4:
(Reacción del ciclo del glioxilato). El ácido glioxílico se combina con otro acetil CoA y forma ácido málico por la enzima sintetasa málica.
Reacción 5:
(Reacción del ciclo de Kreb) El ácido málico se convierte en ácido oxaloacético a través de la deshidrogenasa málica.
El ácido oxaloacético utilizado en la Reacción 1 para iniciar el ciclo se devuelve aquí, en la Reacción 5. Así, durante una vuelta de este ciclo, dos moléculas de acetil CoA se convierten en un ácido dicarboxílico, como el ácido succínico. El ácido succínico ocupa una posición clave porque podría utilizarse para producir porfirinas, amidas, pirimidinas y, lo que es más importante, azúcares.
Cuando se usa para producir azúcares, el ácido succínico se convierte primero en ácido oxaloacético mediante la reacción del ciclo de Krebs. El ácido oxaloacético luego se descarboxila a piruvato de fenfoenol (PPP), un intermedio de la glucólisis. Con la PEP como punto de partida por la reversión de la vía glucolítica, las células sintetizan la sacarosa.
El ciclo del glioxilato se encuentra en la mitocondria de las células que tienen muy poca grasa. Pero en semillas oleaginosas como el ricino, Beevers descubrió los glioxisomas, orgánulos especiales que sirven como la sede del ciclo. Los animales no poseen este camino. Es por eso que; Son totalmente incapaces de la conversión de grasa-carbohidrato. Por otro lado, los microorganismos que viven en acetato, tienen este ciclo como único mecanismo para la generación de azúcares.
