La β-Oxidación o Lipolisis

La β-oxidación se caracteriza por ser el catabolismo o la degradación de los ácidos grasos, tanto de aquellos que están formando parte de depósitos, como los triglicéridos como de aquellos que proceden de lípidos funcionales, caso de los derivados del ácido fosfatídico. La característica más importante de esta ruta es la formación de acetil-CoA, que terminan con los ácidos grasos de cadena par y con la aparición de un resto de propionil-CoA que podemos elevar a la formación de pirúvico, succínico o también acetil-CoA.

Los ácidos grasos almacenados en los tejidos son utilizados por la célula para la producción de energía. La utilización de esta energía, varía de tejido a tejido, además de estar directamente relacionada con el estado metabólico del organismo. El músculo cardiaco y el esquelético son los que más dependen de los ácidos grasos como fuente de energía.

La principal oxidación de ácidos grasos que se efectúa en los tejidos, proviene de los triacilglicéridos almacenados en el tejido adiposo, los cuales son liberados por la acción de la lipasa de triacilglicéridos sensible a hormonas. Una vez liberados de los adipocitos, los ácidos grasos, son transportados por el torrente sanguíneo en el complejo albúmina-ácidos grasos hasta el citoplasma de los hepatocitos, en donde son activados por la acil-CoA sintasa (tiocinasa), reacción dependiente de ATP. Una vez en la matriz mitocondrial, el acil-CoA se degrada para obtener una molécula de 2 carbonos, el acetil-CoA.

Lugar en el que se lleva a cabo

La β-oxidación se lleva acabo en la matriz mitocondrial

Principales reacciones de cada uno de los procesos

Una vez en el interior de la matriz mitocondrial, las acil-CoA se oxidan con una oxidación inicial del carbono β y una serie de pasos en los que se libera cada vez un fragmento de dos carbonos en forma de acetil-CoA, del ácido graso que está siendo oxidado. Cada paso comporta cuatro reacciones. La ruta es cíclica, por cuanto cada paso termina con la formación de una acil-CoA acortada en dos carbonos, que experimenta el mismo proceso en el paso siguiente o ciclo. Dado que cada paso se inicia con la oxidación del carbono β, esta ruta se denomina β-Oxidación.

Cada ciclo de oxidación de una acil-CoA saturada comporta las siguientes reacciones:

1. Formación del doble enlace trans-α,β a través de la deshidrogenación de la flavoenzima acil-CoA deshidrogenasa.
2. Hidratación del doble enlace por la enoil-CoA hidratasa para formar 3-L-hidroxiacil-CoA.
3. Deshidrogenación NAD⁺-dependiente del β-hidroxiacil-acil-CoA por la 3-L-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa, para formar el β-cetoacil-CoA correspondiente.
4. Ruptura del enlace C_α – C_β en una reacción de tiolísis catalizada por la β-cetoacil-CoA tiolasa (a menudo llamada solamente tiolasa) para formar acetil-CoA y un nuevo acil-CoA con dos átomos de carbono menos que el original.

Enzimas que regulan los ciclos

• La primera reacción esta catalizada por la la 3– hidroxiacil-CoA deshidrogenasa
• La segunda reacción esta catalizada por la enoil-CoA hidratasa
• La tercera reacción esta catalizada por la la 3– hidroxiacil-CoA deshidrogenasa
• La cuarta reacción esta catalizada por la β-cetotiolasa, o tiolasa

Balance energético

Palmitoi-CoA + 7 CoA-SH + 7 FAD + 7 NAD⁺ + 7 H₂O

8 acetil-CoA + 7 FADH₂ + 7 NADH + 7 H⁺

(8*12=96) + (7*2=14) + (7*3=21) = 131 ATP

Ciclo de la Urea

El hígado es el único órgano que puede transformar el ion amonio en urea, y lo hace en un ciclo metabólico que se conoce como ciclo de la urea, al cual se dirige aproximadamente el 25% de iones amonio resultantes del metabolismo de los aminoácidos.

El ciclo de la urea se descubrió a la vez que el ciclo de Krebs y transcurre entre mitocondrias y citosol.

Primera fase (mitocondrial)

1. El ion amonio junto con bicarbonato procedente del CO2 resultante de la respiración celular, se condensa en una molécula de carbamoilfosfato (H2N-COOP), la enzima encargada es la carbamoil-Psintetasa 1. Esa reacción requiere energía en forma de 2ATP.
2. Un aminoácido no proteico (ornitina) similar a la lisina pero con un carbono menos, ingresa en la mitocondria desde el citosol mediante un transportador y se condensa con el carbamoil-P, el cual pierde el fosfato y queda unido a la ornitina. La enzima encargada es la ornitinatranscarbamilasa (OTC). El compuesto resultante es la citrulina.

A partir de este paso la citrulina sale de la mitocondria mediante un transportador de membrana, a partir de aquí todos los pasos transcurren en el citosol.

Segunda fase (citosólica)

1. Una molécula de aspártico presente en el citosol se une a la citrulina mediante su amino terminal, en una reacción que libera agua y consume energía en forma de ATP que se libera en forma de AMP y PPi lo que promueve que la reacción sea fisiológicamente irreversible. El compuesto resultante es el arginino-succinato. La enzima encargada de catalizar la reacción es la arginino-succinato-sintetasa.
2. La molécula se rompe para dar lugar a arginina y a fumarato. La enzima responsable es la arginino-succinasa.
3. La arginina se hidroliza para dar lugar a ornitina y a urea (NH2-CONH2). La enzima será la arginasa.

La urea se perderá vertiéndose a plasma donde es captada por el riñón para su posterior eliminación en la orina.

La arginasa es una enzima exclusiva del hígado, de forma que este ciclo únicamente se puede dar en el hígado. En algunas células extrahepáticas se produce una pequeña cantidad de ciclo, pero no puede pasar de la arginina, es decir, en células extrahepáticas el ciclo de la urea es un proceso destinado a formar arginina.

Sintetizar urea es muy costoso energéticamente (-3ATP + 1PPi), y es formada a partir del grupo amino de los aminoácidos. Uno de los grupos amino de la urea es aportado por glutamato proveniente de todos los aminoácidos del organismo, pero existe otro amino proveniente de aspartato citosólico.

El aspartato se puede formar mediante el fumarato, el cual se puede transformar en malato, y éste en oxalacetato por reacciones del ciclo de Krebs. El oxalacetato se puede transaminar con glutámico quedando convertido en aspartato.

Una función secundaria del ciclo de la urea es eliminar el CO2 de la cadena respiratoria. Para formar urea se requiere bicarbonato, que es el principal tampón sanguíneo. En caso de acidosis es preciso retener bicarbonato, por lo cual en este caso parte de la glutamina se manda al riñón para evitar gastar bicarbonato, con ello se evita formar urea y el ion amonio resultante es vertido directamente a plasma a pesar de su toxicidad.

Regulación del ciclo de la urea

El ciclo de la urea tiene una importante regulación debido a que el ion amonio debe ser transformado en urea en la cantidad adecuada, ya que esta ruta metabólica tiene un enorme coste energético. Se puede regular a largo plazo y a corto plazo. En ambos casos la regulación principal viene dada por la carbamoil-P-sintetasa 1.

A largo plazo se modifica la cantidad de enzima:

• Dieta. La cantidad de esta enzima aumenta con:
  • Dieta rica en proteínas, lo que requiere más degradación
  • Inanición (ayuno prolongado)

Esta enzima es alostérica con un activador sin el cual no funciona adecuadamente. Su activador alostérico es el N-Acetil-glutámico.

El nivel de glutámico es el factor limitante y determina la cantidad de reacción de síntesis de N-Acetil-Glutámico ya que normalmente siempre habrá mayor concentración de Acetil CoA que de glutámico.

La N-Acetilglutámico-sintasa es activada con arginina, por lo que el control también vendrá determinado por la arginina, que es uno de los principales aminoácidos del ciclo de la urea.

Patologías relacionadas con el ciclo de la urea

Cuando el ciclo no funciona bien ya sea por un problema genético o una patología secundaria aumenta el nivel de ion amonio en plasma en lo que se conoce como hiperamonemia. Las patologías secundarias son producidas siempre por daño hepático.