Metabolismo: Glucosa, Lípidos, Proteínas, Colesterol y Cuerpos Cetónicos

Metabolismo de la Glucosa

En el hígado, la glucosa-6-fosfato puede seguir diferentes rutas metabólicas:

  • Liberar glucosa a la sangre.
  • Formar glucógeno hepático (reserva de glucosa).
  • Degradarse a piruvato mediante la glucólisis.

El piruvato se convierte en acetil-CoA, que puede ingresar al ciclo del ácido cítrico (ciclo de Krebs) para la producción de energía a través de la fosforilación oxidativa, o utilizarse en la síntesis de colesterol, ácidos grasos y fosfolípidos.

Destinos de la Glucosa

  • Producción de ATP (energía celular).
  • Síntesis de aminoácidos (componentes básicos de las proteínas).
  • Glucogénesis (formación de glucógeno).
  • Lipogénesis (formación de lípidos).

Catabolismo de la Glucosa

  • Glucólisis (degradación de glucosa a piruvato).
  • Ciclo de Krebs (oxidación de acetil-CoA).
  • Cadena transportadora de electrones (producción de ATP).

Metabolismo de Carbohidratos (CHO)

El aumento de la glucemia (nivel de glucosa en sangre) estimula la síntesis de insulina. La insulina, a su vez, incrementa la captación de glucosa por el hígado y los tejidos periféricos. Además, la insulina inhibe la liberación de glucosa por el hígado al suprimir la acción hepática del glucagón.

Metabolismo de Lípidos

Enzimas clave en el metabolismo de lípidos:

  • Lipasa (páncreas): degrada los triglicéridos.
  • Isomerasa (intestino): modifica la estructura de los lípidos.
  • Colesterolasa (páncreas): degrada el colesterol.
  • Fosfolipasa A2 (páncreas): degrada los fosfolípidos.

Las grasas ingeridas en la dieta llegan al intestino delgado, donde las sales biliares las emulsionan, formando micelas. La lipasa intestinal degrada los triglicéridos (TAG) en ácidos grasos, que son absorbidos por la mucosa intestinal y reconvertidos en TAG. Estos TAG se incorporan a los quilomicrones junto con la apolipoproteína ApoCII y colesterol. Los quilomicrones se desplazan por la linfa y la sangre hacia los tejidos. La lipoproteína lipasa, activada por la ApoCII en los capilares, libera ácidos grasos y glicerol. Los ácidos grasos ingresan a las células, donde pueden ser oxidados como combustible o reesterificados para su almacenamiento.

Metabolismo de Proteínas

La digestión de las proteínas comienza en el estómago, donde son atacadas por la pepsina. Se completa en el yeyuno y el duodeno. El jugo pancreático, junto con las enzimas presentes en las células intestinales, transforma el contenido proteico en estructuras más simples (péptidos y aminoácidos) que pasan a través de la mucosa hasta llegar al enterocito. En la degradación de aminoácidos se produce amoníaco, que debe transformarse en urea para ser eliminado por el riñón.

Glucogénesis: Síntesis de Glucógeno

La glucogénesis es la síntesis de glucógeno a partir de glucosa. La enzima clave es la glucógeno sintasa.

Proceso de Síntesis de Glucógeno

  1. Glucosa + ATP → Glucosa-6-fosfato + ADP
  2. Glucosa-6-fosfato → Glucosa-1-fosfato
  3. Glucosa-1-fosfato + UTP → UDP-glucosa + Pirofosfato
  4. La glucógeno sintasa une UDP-glucosa a través de enlaces glucosídicos para formar glucógeno.

Regulación de la Síntesis de Glucógeno

  • Glucógeno sintasa I (no fosforilada): más activa.
  • Glucógeno sintasa D (fosforilada): menos activa.

Síntesis de Colesterol

El colesterol es transportado en la sangre por lipoproteínas. La biosíntesis de colesterol se divide en cuatro etapas:

  1. Síntesis de mevalonato: La acetil-CoA, por acción de la HMG-CoA reductasa, se convierte en mevalonato.
  2. Conversión de mevalonato en unidades activas de isopreno.
  3. Formación de escualeno por condensación de unidades de isopreno activo.
  4. Conversión de escualeno a colesterol.

Regulación de la Síntesis de Colesterol

La hidroximetilglutaril-CoA (HMG-CoA) reductasa es la enzima clave en la regulación de la síntesis de colesterol. El glucagón promueve la fosforilación (inactivación) de la HMG-CoA reductasa, mientras que la insulina promueve su desfosforilación (activación). Las concentraciones elevadas de colesterol activan la enzima ACAT, aumentando la esterificación del colesterol para su almacenamiento.

Gluconeogénesis: Síntesis de Glucosa

La gluconeogénesis es la síntesis de glucosa a partir de precursores que no son carbohidratos, como lactato, aminoácidos y glicerol.

Regulación de la Gluconeogénesis

  • Insulina: Aumenta después de la ingesta de alimentos. Estimula la expresión de enzimas glucolíticas como la fosfofructoquinasa (PFK) y la piruvato quinasa.
  • Glucagón: Aumenta en ayunos. Inhibe la expresión de PFK y piruvato quinasa. Estimula la expresión de fosfoenolpiruvato carboxilasa y fructosa-1,6-bifosfatasa, enzimas clave de la gluconeogénesis.

Cuerpos Cetónicos

Los cuerpos cetónicos son productos de desecho de la oxidación de ácidos grasos. Son cetoácidos que se acumulan en el hígado.

Vías de Síntesis de Cuerpos Cetónicos

En la mitocondria del hígado, la síntesis de cuerpos cetónicos está catalizada por tres enzimas:

  1. Tiolasa
  2. HMG-CoA sintasa
  3. HMG-CoA liasa

Tipos de Cuerpos Cetónicos

  • Acetoacetato
  • Acetona
  • Beta-hidroxibutirato

Regulación de la Síntesis de Cuerpos Cetónicos

La síntesis de cuerpos cetónicos está regulada por la oxidación de los ácidos grasos en el hígado y el destino del acetil-CoA presente en el citosol del hepatocito, que ocurre dentro de las mitocondrias.

Condiciones que Favorecen la Síntesis de Cuerpos Cetónicos

  • Bajo consumo de carbohidratos: Aumenta la gluconeogénesis, disminuyen los metabolitos del ciclo de Krebs, lo que reduce su velocidad y aumenta la síntesis de cuerpos cetónicos.
  • Diabetes mellitus (DM): Baja insulina, disminuye el malonil-CoA, se acelera la degradación de ácidos grasos, aumenta el acetil-CoA y aumenta la síntesis de cuerpos cetónicos.

Ciclo de la Urea

El primer grupo amino que ingresa al ciclo proviene del amoníaco libre intramitocondrial. El amoníaco producido en la mitocondria se utiliza para la formación de carbamil fosfato. Esta reacción es dependiente de ATP y está catalizada por la carbamil fosfato sintetasa I, una enzima alostérica y moduladora positiva.

El carbamil fosfato cede su grupo carbonilo a la ornitina para formar citrulina y liberar Pi. El segundo grupo amino se condensa con la citrulina para formar argininosuccinato. El argininosuccinato se hidroliza por la argininosuccinato liasa para formar arginina libre y fumarato. El fumarato ingresa al ciclo de Krebs y la arginina se hidroliza en el citoplasma para formar urea y ornitina. La ornitina puede ser transportada a la mitocondria para iniciar otra vez el ciclo de la urea.

Ciclo de Cori

El ciclo de Cori es la circulación cíclica del lactato y la glucosa entre el hígado y el músculo. Se produce en condiciones de hipoxia (bajo oxígeno) y su objetivo es mantener activa la producción de ATP en situaciones de contracción muscular intensa. Cuando el oxígeno es insuficiente, el organismo recurre a la respiración anaeróbica mediante la fermentación láctica. El glucógeno muscular se degrada a glucosa, que luego pasa a piruvato mediante la glucólisis. El piruvato se convierte en lactato, que es transportado hasta el hígado por vía sanguínea y allí reconvertido en piruvato. La glucosa resintetizada vuelve al músculo para generar ATP.

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