Metabolismo de la Fructosa, Galactosa y Lactosa

Metabolismo de la Fructosa

1. La fructoquinasa añade un grupo fosfato a la fructosa en el carbono 1.

2. Se convierte en fructosa-1-fosfato.

3. La enzima fructosa 1-fosfato aldolasa actúa y da como resultado dos sustratos:

• Gliceraldehído-3-fosfato
• Dihidroxiacetona fosfato

Metabolismo de la Galactosa

1. La enzima galactocinasa agrega un grupo fosfato en el carbono 1, convirtiéndolo en galactosa-1-fosfato.

2. La enzima galactosa-1-fosfato uridiltransferasa, junto con la UDP-glucosa, puede tomar dos rutas:

• Glucosa-1-fosfato
• UDP-galactosa

3. La enzima fosfoglucomutasa actúa sobre el sustrato glucosa-1-fosfato y mueve su grupo fosfato al carbono 6, formando glucosa-6-fosfato.

La enzima glucosa-6-fosfatasa quita el grupo fosfato del carbono 6 y se obtiene glucosa.

4. La enzima UDP-galactosa-4-epimerasa convierte el sustrato UDP-galactosa en su epímero, UDP-glucosa.

Metabolismo de la Lactosa

1. La unión de una galactosa y una glucosa forma una lactosa.

2. El sustrato UDP-galactosa glucosa galactosiltransferasa actúa con la unión de las proteínas galactosiltransferasa (proteína A) y lactoalbúmina (proteína B) para que estas interfieran en las moléculas de UDP-galactosa y glucosa, formando la lactosa.

Ciclo de Krebs

1. Formación de citrato: se combina el acetil-CoA con oxalacetato para formar citrato y liberar la coenzima A. La enzima que cataliza esta reacción es el citrato sintasa.

2. Formación de isocitrato: por acción de la aconitasa.

3. Oxidación de isocitrato a α-cetoglutarato: el isocitrato pierde un carbono en forma de CO₂ y un par de electrones, para transformarse en α-cetoglutarato, con cinco carbonos. Los electrones son captados por un NAD⁺ y se convierte en NADH. La enzima es la isocitrato deshidrogenasa.

4. Oxidación de α-cetoglutarato a succinil-CoA y CO₂: la molécula de α-cetoglutarato de cinco carbonos se oxida obteniendo succinil-CoA (cuatro átomos de carbono), con liberación de CO₂. Una molécula de NAD⁺ se reduce a NADH. La enzima que interviene es la α-cetoglutarato deshidrogenasa.

5. Conversión de succinil-CoA a succinato: se transforma cuando libera el grupo CoA para formar GTP (guanosintrifosfato) a partir de GDP (guanosindifosfato) y fosfato inorgánico. La enzima que cataliza es la succinil-CoA sintetasa.

6. Oxidación de succinato a fumarato: el succinato pierde dos electrones para formar fumarato. Los electrones en esta reacción son captados por el flavin adenin dinucleótido oxidado (FAD) que se reduce a FADH₂. La enzima es el succinato deshidrogenasa.

7. Hidratación de fumarato a malato: el fumarato gana una molécula de agua, por acción de la fumarasa.

8. Oxidación de malato a oxalacetato: el último paso del ciclo de Krebs regenera el oxalacetato, por la acción de la malato deshidrogenasa. En esta reacción, el malato se oxida y cede dos electrones al NAD⁺, formando NADH.

Síntesis de Ácidos Grasos

Estructura: Un ácido graso consta de una cadena hidrocarbonada hidrófoba con un grupo carboxilo terminal que presenta un pKa de aproximadamente 4,8.

• Es hidrófobo, pero el grupo carboxilo es hidrofílico, lo que confiere al ácido graso su naturaleza anfipática.
• Presenta una región hidrófoba y otra hidrófila.

Saturación de Ácidos Grasos

• Saturados: Cadenas que no contienen enlaces dobles.
• Insaturados: Cadenas que contienen enlaces dobles (cuando hay un enlace doble se nombra “cis”).

Tipos de Ácidos Grasos

Ácidos Grasos Esenciales

• Ácido linoleico: Precursor del ácido araquidónico (ω-6), el cual es el sustrato para la síntesis de prostaglandinas.
• Ácido linolénico: Precursor del ácido ω-3, es importante para el crecimiento y desarrollo.
• Carecen de las enzimas que pueden formar enlaces dobles después del carbono 9.
• El ácido araquidónico se vuelve esencial si no hay ácido linoleico en la dieta.

Síntesis de novo de Ácidos Grasos

Los hidratos de carbono y las proteínas que superan las necesidades tienden a convertirse en ácidos grasos. La síntesis se produce en el hígado, las glándulas mamarias y el tejido adiposo. Se incorporan carbonos de la acetil-CoA usando ATP y NADPH.

A. Producción de acetil-coenzima A citosólica

Primera etapa: Transfiere unidades de acetato desde la coenzima A mitocondrial (se produce por oxidación del piruvato, mediante el catabolismo de ácidos grasos) hacia el citosol.

Colesterol

Estructura

• Compuesto muy hidrofóbico.
• Cuatro anillos hidrocarbonados fusionados (A-D) llamados núcleo esteroide.
• Cadena ramificada de 8 carbonos unida al C17 del anillo D.
• El anillo A posee un grupo hidroxilo en el carbono 3.
• El anillo B tiene un doble enlace entre los carbonos 5 y 6.
• La mayor parte del colesterol plasmático se encuentra en forma esterificada.

Síntesis

Casi todos los tejidos humanos sintetizan colesterol, entre los que más destacan son el hígado, ovarios, testículos, placenta, corteza suprarrenal e intestino.

Síntesis de 3-Hidroxi-3-Metilglutaril Coenzima A (HMG-CoA)

• Dos moléculas de acetil-CoA se unen mediante la tiolasa y forman acetoacetil-CoA.
• Una tercera molécula de acetil-CoA se une mediante la HMG-CoA sintasa para formar HMG-CoA.

Síntesis de Mevalonato

• Aquí es donde se regula la velocidad de la síntesis de colesterol.
• La HMG-CoA reductasa actúa sobre la HMG-CoA y libera dos moléculas de NADPH y CoA, formando mevalonato.

Regulación de la Síntesis de Colesterol

• Regulación de la expresión de genes dependiente de esterol.
• Degradación de enzimas acelerada por esteroles.
• Fosforilación/desfosforilación independiente de esteroles.
• Regulación hormonal.
• Inhibición de fármacos.

Degradación del Colesterol

Los seres humanos no pueden metabolizar la estructura en anillo del colesterol a CO₂ y H₂O. En su lugar, el núcleo de esterol intacto se elimina del organismo por conversión en ácidos y sales biliares.

Estructura de los Ácidos Biliares

Los ácidos biliares contienen 24 carbonos con 2 o 3 grupos hidroxilo y una cadena lateral que termina en un grupo carboxilo. El grupo carboxilo presenta un pKa de aproximadamente 6. En el duodeno (pH aproximado de 6), este grupo tendrá la mitad de las moléculas protonadas (los ácidos biliares) y el resto desprotonadas (las sales biliares).

Síntesis de los Ácidos Biliares

Los ácidos biliares se sintetizan en el hígado mediante una vía de múltiples etapas en múltiples orgánulos, en la que se insertan grupos hidroxilo en posiciones específicas de la estructura esteroidea; el enlace doble del anillo B del colesterol se reduce, y la cadena hidrocarbonada se acorta 3 carbonos introduciendo un grupo carboxilo en el extremo de la cadena.

Deficiencia de Sales Biliares: Colelitiasis

El desplazamiento del colesterol del hígado a la bilis debe ir acompañado de la secreción simultánea de fosfolípidos y sales biliares. Si este proceso se interrumpe y hay más colesterol en la bilis de lo que pueden solubilizar las sales biliares y la fosfatidilcolina presentes, el colesterol puede precipitar en la vesícula biliar, lo que provoca la aparición de la colelitiasis.

Glucolípidos

Los glucolípidos son moléculas que contienen componentes glucídicos y lipídicos, proceden de las ceramidas.

• Son antigénicos.
• Se utilizan como receptores para toxinas colérica y tetánica, así como para ciertos virus y microbios.
• Los glucoesfingolípidos de membrana se relacionan con colesterol y proteínas ancladas al GFI para formar acumulaciones de lípidos.

Correlaciones

Los trastornos genéticos asociados con una incapacidad para degradar adecuadamente los glucoesfingolípidos causan una acumulación lisosómica de estos compuestos.

Diferencias

La diferencia entre un glucoesfingolípido y una esfingomielina es que los glucoesfingolípidos NO tienen fosfato y la función de la cabeza polar la proporciona un monosacárido o un oligosacárido unido directamente a la ceramida mediante un enlace O-glucosídico.

El número y el tipo de residuos de hidratos de carbono es lo que determina el tipo de glucolípido.

Tipos de Glucoesfingolípidos

• Glucoesfingolípidos neutros: monosacáridos de ceramida que constan de una molécula de galactosa o glucosa.
• Glucoesfingolípidos ácidos

Fosfolípidos

Son compuestos iónicos polares constituidos por un alcohol unido a un diacilglicerol por medio de un enlace fosfodiéster. Hay dos clases:

• Fosfoglicéridos: Contienen glicerol. Presentan glicerol de glucosa como esqueleto.
• Esfingolípidos: Contienen esfingosina. Presentan esfingosina de la serina y el palmitato.

El grupo alcohol en el carbono de la esfingosina se esterifica con fosforilcolina, produce esfingomielina, el único esfingolípido de importancia en los humanos.

Síntesis de Fosfolípidos

Empieza con el ácido fosfatídico (diaglicerol-3-fosfato).

El ácido fosfatídico es un precursor común de los glicerofosfolípidos.

El glicerol-3-fosfato sufre 2 esterificaciones con acil-CoA para producir ácido fosfatídico.

Síntesis de Glicerofosfolípidos

Sucede por una donación del ácido fosfatídico (AF) de citidina difosfato a un alcohol.

La activación del DAG o del alcohol que se añadirá por enlace con CDP.

Síntesis a partir de Colina y Etanolamina Preexistentes

• La fosforilación de colina o etanolamina por las cinasas.
• Seguida de la conversión de la forma activa CDP colina o CDP etanolamina.
• Se transfiere colina fosfato del nucleótido a una molécula DAG.

La deficiencia de colina puede provocar daños musculares y enfermedad del hígado graso no alcohólico.

Fosfatidilcolina (FC) y Fosfatidiletanolamina

Son fosfolípidos neutros y son abundantes en las células eucariotas.

Fosfatidilserina (FS)

Es un fosfolípido que usualmente se mantiene en la monocapa lipídica interior de las membranas celulares gracias a una enzima llamada flipasa.

Fosfatidilinositol

Es un fosfolípido raro y sirve como reservorio de ácido araquidónico en las membranas.

Fosfatidilglicerol

Se encuentra en concentraciones relativamente elevadas en las membranas mitocondriales.

Síntesis de Esfingomielina

Es un fosfolípido con base de esfingosina, se encuentra en las membranas celulares y en la cubierta de mielina.

La ceramida es el precursor inmediato de la esfingomielina.