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BIOQUIMICA HUMANA
Sntesis y degradacin de cidosgrasos
Lipogenesis - Lipolisis
Cetognesis - Cetolisis
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OBJETIVOS
Al finalizar el estudio de esta clase Ud. deber ser capaz de:* enumerar las funciones principales de los cidos grasos
* reconocer las estructuras de los cidos grasos saturados e insaturados. Especificar los tomos decarbono en posicin , y as como la posicin del doble enlace dado el nmero .* Describir la reaccin de activacin de los cidos grasos* Explicar la participacin de la carnitina en el transporte de cidos grasos hacia en interior de lamitocondria
* Describir las 4 reacciones bsicas de la oxidacin, identificar sustratos, productos, cofactores* Describir las reacciones de oxidacin de cidos grasos insaturados* Describir la oxidacin de cidos grasos de cadena impar
* Calcular el rendimiento energtico, en trmino de molculas de ATP, de la oxidacin para undado cido graso* Especificar las bases bioqumicas que explican la inhabilidad de los animales de convertir cidosgrasos en glucosa
* Indicar las diferencias entre la -oxidacin y la sntesis de cidos grasos
* Enumerar los sustratos y productos del paso obligado en la sntesis de cidos grasos y describir suregulacin* Indicar las funciones de ACP y CoASH en el metabolismo de los cidos grasos* Describir las 4 reacciones de elongacin en la sntesis de cidos grasos* Calcular el costo energtico para la sntesis de cidos grasos y explicar el origen del NADPHutilizado* Describir el transporte de grupos de grupos acetilo y equivalentes de reduccin a travs de lamembrana mitocondrial* Describir las reacciones de elongacin y desaturacin de los cidos grasos ya sintetizados* Sealar que compuestos reciben el nombre de cuerpos cetnicos* Describir como y donde se sintetizan los cuerpos cetnicos* Describir como y donde se degradan los cuerpos cetnicos
__________________________________________________________________________________
CONCEPTOS GENERALES
La capacidad para almacenar y liberar energa en respuesta a las demandas es crucial para la
supervivencia de un organismo. Una comunicacin estrecha entre los mltiples sistemas fisiolgicos
de un organismo parece ser un prerrequisito para un manejo eficiente de la energa. Los depsitos de
energa son depletados intermitentemente a lo largo del da y tambin durante perodos prolongados de
tiempo en casos de ayuno o enfermedad. Para mantener las funciones celulares vitales el humano (y
otros mamferos) consume mas caloras que las requeridas para las necesidades metablicas
inmediatas y almacena las caloras en exceso como glucgeno, lpidos fundamentalmente. Lasprotenas, si bien cumplen funciones especficas, pueden ser utilizadas como reserva energticas en
determinadas circunstancias. El tejido adiposo (o tejido graso) es un tipo de tejido conectivo
compuestos por clulas (adipocitos) con gran contenido de lpidos rodeados por una matriz de fibras
de colgeno, vasos sanguneos, fibroblastos y clulas del sistema inmune. El tejido adiposo presenta
las siguientes caractersticas:
1) los adipocitos tiene una gran capacidad para almacenar energa en forma de lpidos.2) Los lpidos almacenados pueden ser rpidamente metabolizados y liberados como cidos
grasos o bien ser usados para aumentar la termognesis por desacople entre la fosforilacin
oxidativa y la cadena de transporte de electrones.
3) Los adipocitos se comunican con otros sistemas incluyendo el sistema nervioso central porhormonas (llamadas adipoquinas) de una manera endocrina o paracrina.
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Por lo tanto una alteracin en la funcionalidad del adipocito es crucial para la patognesis de
enfermedades multisitematicas
FUNCIONES DE LOS LIPIDOS
Los lpidos son compuestos que se caracterizan fundamentalmente por la propiedad fsica de ser no
polares y en consecuencia hidrofbicos. La mayora de estas molculas contienen o derivan de los
cidos grasos. En la medida en que han avanzado las investigaciones sobre el metabolismo de los
lpidos pudo determinarse que estas sustancias cumplen por lo menos 2 funciones principales. Por un
lado, se ha demostrado que la oxidacin de los cidos grasos representa la va principal de produccin
de energa metablica. As, su almacenamiento en la forma de triacilglicridos es ms eficiente y
cuantitativamente ms importante que el almacenamiento de hidratos de carbono como glucgeno.
Por otro lado, se ha observado que las estructuras hidrofbicas estn compuestas fundamentalmente
por cidos grasos y sus derivados. Por lo tanto, la principal separacin de las clulas y estructuras
subcelulares en compartimientos acuosos separados es acompaado por membranas cuyas
caractersticas hidrofbicas son aportadas por la porcin de los cidos grasos de los lpidos complejos.Los lpidos tienen muchos otros roles, cuantitativamente menos importantes, pero de gran
significancia fisiolgica. Por ejemplo, propiedades tensioactivas de algunos lpidos complejos, que se
evidencian en el mantenimiento de la integridad alveolar pulmonar y la solubilizacin de sustancias
no-polares en los fluidos biolgicos. Adems, ciertas clases de lpidos como los esteroides y
prostaglandinas, tienen roles fundamentales en el control del proceso metablico.
El metabolismo de los cidos grasos y triacilgliceroles es tan crucial para el correcto funcionamiento
del cuerpo humano, que un desequilibrio o una deficiencia en este proceso puede llevar a severas
consecuencias patolgicas. Los estados de enfermedad relacionados con el metabolismo de los cidos
grasos y triglicridos incluyen obesidad, diabetes, cetoacidosis y anormalidad en el transporte de
lpidos por la sangre.
NATURALEZA QUIMICA DE LOS ACIDOS GRASOS
Los cidos grasos son cadenas alqulicas que terminan en un grupo carboxilo.
La frmula bsica para un cido graso completamente saturado es CH3-(CH2)n-COOH. El C
carboxlico es el C nmero 1, el siguiente el nmero 2 y asi hasta terminar en el metilo
El C2 tambin se denomina C alfay al C3 se lo denomina C beta. El metilo final es el C omega. Lasdobles ligaduras se indican con la letra griega delta (). As el cido graso siguiente
CH3 (CH2)7- CH = CH (CH2)9 COOH se denomina C20 : 1, 11
SE RECOMIENDA REPASAR LA GUIA DE ESTRUCTURAS QUIMICAS.
FUENTES DE ACIDOS GRASOS
Los cidos grasos del organismo provienen tanto de la dieta como del la biosntesis endgena.
Los cidos grasos son sintetizados cuando hay un exceso calrico en la dieta. La principal fuente de
carbono para la sntesis de cidos grasos son los hidratos de carbono de la dieta. Adems, un excesocalrico correspondiente a las protenas dietarias, tambin puede resultar en un aumento de la sntesis
de cidos grasos. En este caso, la fuente de carbonos son los aminocidos que pueden ser convertidos
a acetilCoA o a intermediarios del ciclo de Krebs.
SINTESIS DE ACIDOS GRASOS
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En los humanos, la sntesis de cidos grasos ocurre principalmente en el hgado, aunque el proceso
puede ocurrir tambin en tejido adiposo.
Cuando se consume un exceso de hidratos de carbono, la glucosa es convertida en acetilCoA, la cual
provee unidades de 2 carbonos que se condensan en una serie de reacciones catalizadas por el
complejo de la cido graso sintetasa, produciendo palmitato. El palmitato es luego convertido a otros
cidos grasos. El complejo enzimtico cido graso sintetasa est localizado en el citosol, y por lo tanto
usa acetilCoA citoslica.
CONVERSION DE GLUCOSA A ACETIL-CoA CITOSLICA
En el prrafo anterior dijimos que los cidos grasos son sintetizados en el citoplasma. Las molculas
de AcetilCoA son formadas en la mitocondria por oxidacin descarboxilante del cido pirvico. La
membrana mitocondrial interna no es permeable a la acetil CoA y el transporte de este precursor de las
mitocondrias al citoplasma est asegurado por la lanzadera del cido ctrico.
La acetilCoA mitocondrial es condensada con el cido oxalactico por la citrato sintetasa. El cido
ctrico formado llega la citoplasma. La citrato liasa lo rompe en acetilCoA y cido oxalactico. Este
ltimo es reducido por la mlico deshidrogenasa en cido mlico cuya decarboxilacin oxidativa por
la enzima mlica, que tiene por coenzima al NADP, conduce a la formacin de cido pirvico. Elcido pirvico citoplasmtico llega luego al compartimiento mitocondrial donde es transformado en
cido oxalactico por la piruvato carboxilasa. Durante este ciclo de transporte, 2 molculas de ATP
son hidrolizadas.
Observar, que cada transferencia de una molcula de acetil CoA se acompaa de la oxidacin de unamolcula de NADH durante la accin de la mlico deshidrogenasa y de la reduccin de una molcula
de NADP por la enzima mlica. Para la sntesis de cido palmtico, son necesarias 14 molculas de
NADPH + H+: 8 se forman durante el transporte de la acetilCoA, los otros 6 se forman por la va del
ciclo de las pentosas.
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CONVERSION DE ACETIL-CoA A MALONIL-CoA
LA FORMACIN DE LA MALONILCoA ES EL PASO OBLIGADO EN LA SNTESIS DECIDOS GRASOS.
La acetil CoA es carboxilada por la enzima acetilCoa carboxilasa para formar malonilCoA. La
reaccin requiere ATP y CO3H- como fuente de CO2. El primer paso es la activacin del CO2 que se
une al resto biotina de la acetilCoA carboxilasa usando la energa aportada por el ATP.
O
CH3-C-SCoA + HCO3-
+ ATP -OOC-CH2-C-SCoA +H2O + ADP + Pi
O
Enzima : acetil Co A carboxilasa
La acetil carboxilasa es una enzima clave en la regulacin de la sntesis de los cidos grasos. En suestado protomrico es inactiva. Los protmeros se agregan para formar un polmero enzimticamente
activo cuando estn en presencia de citrato. El palmitoil CoA inhibe la enzima. La accin de estos 2
efectores es muy lgica: se necesita incrementar la sntesis de cidos grasos cuando hay una alta
concentracin de citrato; mientras que se trata de inhibir la sntesis cuando hay una gran acumulacin
del producto final de la va.
La acetil CoA carboxilasa tambin est regulada por un mecanismo mediado por cAMP de
fosforilacin-defosforilacin. La enzima fosforilada es menos activa que la enzima desfosforilada.
Hay evidencias experimentales que sugieren que la fosforilacin est promovida por glucagon (via
AMPc) as como por AMP (via una quinasa activada por AMP) y que la forma activa es promovida
por insulina.
La velocidad de sntesis de la acetilCoA carboxilasa tambin est regulada. Ms enzima se produce en
animales con dietas ricas en hidratos de carbono o dietas libre de grasas; mientras que el ayuno odietas con alto contenido de lpidos disminuyen la sntesis de la enzima.
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COMPLEJO DE LA ACIDO GRASO SINTETASA
La cido graso sintetasa agrega, secuencialmente, unidades de 2 carbonos desde el malonil CoA a la
cadena de cido graso que se est formando y que conduce a la sntesis de palmitato. Despus de la
adicin de una unidad de 2 carbonos, la cadena que se est sintetizando sufre 2 reducciones que
requieren NADPH.
La enzima acido graso sintetasa es una complejo de elevado peso molecular, compuesto por 2 dmeros
idnticos, cada uno de los cuales tiene 7 centros catalticos. Se trata de una enzima multifuncional
cuya organizacin se esquematiza en la figura.
Cada una de las cadenas comprende 3 dominios funcionales, orientados desde el extremo N-terminal
de la cadena hacia el extremo C-terminal. El primer dominio, responsable de la entrada de los
sustratos comprende las actividades de enzima condensante (1), de acetil transferasa (2) y de malonil
transferasa (3). El segundo dominio, es el de las reducciones y comprende la enoil-reductasa (4), la
deshidratasa (5), la cetoacil-reductasa (6), as como la protena transportadora de acilos (ACP) (7). El
tercer dominio, situado del lado C-terminal es el de la liberacin de cido palmtico, catalizado por lapalmitil-transferasa (8). La forma activa de la cido graso sintetasa es un dmero en el que las
subunidades idnticas tienen una orientacin opuesta. La reaccin de condensacin requiere la
intervencin del grupo -SH de la enzima condensante de una subunidad y el grupo -SH de la ACP de
la otra subunidad. Las dos funciones tiol pueden aproximarse durante esta reaccin debido a la
longitud y flexibilidad de la cadena carbonada de fosfopantetena de la ACP, permitiendo as las
reacciones de transferencia de radicales acilo entre la ACP y la enzima condensante. Durante las
reacciones del ciclo de elongacin, la cadena de cido graso en vas de sntesis permanece fijada a la
ACP y se presenta sucesivamente a nivel de los diferentes dominios de actividad enzimtica
responsables de este ciclo. Los intermediarios de sntesis no dejan la cido graso sintetasa antes de la
formacin de la molcula de cido palmtico.
Secuencia de reacciones en la sntesis de cidos grasos
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En el paso inicial de la sntesis de cidos grasos, una unidad acetilo es transferido desde la acetil CoA
al grupo -SH de la fosfopantetena de la ACP de una de las subunidades; y luego al -SH de la cistena
de la otra subunidad. El grupo malonilo de la malonilCoA luego se une al grupo -SH de la
fosfopantetena de la ACP de la primera subunidad. Las unidades acetilo y malonilo se condensan,
con la liberacin del grupo carboxilo del malonilo como CO2. As, queda una cadena de 4 carbono
(ceto acilo unida al grupo -SH de la fosfopantetena de la ACP). Una serie de 3 reacciones reducenel grupo ceto a un alcohol, elimina agua para formar un nuevo enlace y reduce el doble enlace. El
NADPH provee los equivalentes de reduccin para estas reacciones. El resultado neto es que el grupo
acetilo se ha elongado en 2 carbonos. La cadena de cido graso de 4 carbonos es luego transferido al
grupo -SH de la cistena y luego se condensa con un grupo malonilo. Esta secuencia de reacciones se
repite hasta que la cadena tiene 16 carbonos. En este punto ocurre la hidrlisis y el palmitato es
liberado. El cido palmtico recientemente sintetizado puede ser elongado o desaturado para producir
una serie de cidos grasos. En el hgado, el palmitato y otros cidos grasos derivados del mismo, son
convertidos en triacilgliceroles que son utilizados para la sntesis de VLDL (lipoprotena de muy baja
densidad). En el hgado, la degradacin de los cidos grasos recientemente sintetizados es inhibida
por malonilCoA. Adems, la carnitina-palmitoil transferasa I (enzima involucrada en el transporte de
cidos grasos hacia la mitocondria) es inhibida por malonil CoA. Cuando los niveles de malonil CoA
son elevados, la acetilCoA carboxilasa est activada, y la degradacin de los cidos grasos ((-oxidacin) est inhibida. De esta manera se impide un ciclo "futil" de sntesis y degradacin
simultneas.
ESTEQUEOMETRIA DE LA SINTESIS DE PALMITATO
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Acetil CoA + 7 malonil CoA + 14 NADPH + 14 H+ palmitato + 7 CO2 + 14 NADP + 8CoASH + 6 H2O
Para calcular la energa que se necesita para la conversin de acetilCoA a palmitato, debemos agregar
el ATP usado en la formacin de la malonilCoA
7 acetil CoA + 7 CO2 + 7 ATP 7 malonilCoA + 7 ADP + 7 Pi
Por lo tanto, la reaccin total sera:8 AcetilCoA + 7 ATP + 14 NADPH + 14 H+ palmitato + 8 CoASH + 7 ADP + 7 Pi + 6 H2O+ 14 NADP
REGULACION DE LA SINTESIS DE ACIDOS GRASOSBiosintesis de palmitato
Enzima Regulador Efecto
Acetil CoA carboxilasa * citrato Activacin alostrica
* C16-C18 acilCoA Inhibicin alostrica
* Insulina Estimulacin
* Glucagon Inhibicin por sint.enzimas* Fosforilacin mediada por
cAMP
Inhibicin
* Defosforilacin Estimulacin
**Dieta en carbohidratos Estimulacin por sint.enzimas **Dieta libre de grasas Estimulacin por sint.enzimas **Dieta en grasas Inhibicin por sint.enzimas
**Ayuno Inhibicin por sint.enzimas
Acido graso Sintetasa Azucares fosforilados Activacin alostrica
Dieta en carbohidratos Estimulacin por sint.enzimas Dieta libre de grasas Estimulacin por sint.enzimas Dieta en grasas Inhibicin por sint.enzimas
Ayuno Inhibicin por sint.enzimasGlucagon Inhibicin por sint.enzimas
* corto plazo **largo plazo
Biosntesis de cidos grasos distintos de palmitato
Enzima Regulador Efecto
Acido graso Sintetasa relacin metil malonilCoA /
malonil CoA
sntesis de acidos grasos
metiladosCofactor de tioesterasa Finalizacin de la sntesis con
productos de cadena corta
Esteril CoA desaturasa Varias hormonas
Estimulacin de la sntesis de
ac.grasos por sint.enzimaAc.grasos poliinsaturados de la
dietaactividad
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ELONGACION DE ACIDOS GRASOS
El palmitato sintetizado por el complejo de
cido graso sintetasa puede ser activado a
palmitoil CoA.por medio de la reaccin del
cido palmtico con AcetilCoA .
El palmitoilCoA y otros cidos grasos de
cadena larga activados pueden ser elongados
por una serie de reacciones que ocurren en el
retculo endoplsmico y que agregan unidades
de 2 carbonos. La malonil CoA sirve como
donor de estas unidades de 2 carbonos y el
NADPH provee los equivalentes de reduccin
necesarios. Estas reacciones son muy similares
a la sntesis de palmtico EXCEPTO en que la
cadena de cido graso est unida a la CoASH
en vez de estar unida al grupo fosfopantetenade la ACP. La principal reaccin de
elongacin que ocurre en el humano es la
conversin de palmitoilCoA (C16) a estearoil
CoA (C18). Tambin pueden sintetizarse
cidos grasos de 22 y 24 tomos de carbono,
principalmente en el cerebro.
Los cidos grasos tambin pueden ser
elongados en las mitocondrias. En este caso, la
fuente de unidades de 2 carbonos es la
acetilCoA y los sustratos son los cidos grasos
conteniendo menos de 16 tomos de carbono,
es decir cidos grasos de cadena corta ymediana. Adems tanto NADH como NADPH
pueden servir como agentes reductores.
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BIOSINTESIS DE ACIDOS GRASOS INSATURADOS
La desaturacin de los cidos grasos es un proceso que requiere oxgeno molecular, NADH y
citocromo b5. Esta reaccin ocurre en el retculo endoplsmico y da por resultado la oxidacin tanto
del cido graso como del NADPH. Este sistema, a menudo llamado oxidasa de funcin mixta,
introduce dobles enlaces en configuracin cis.
Los componentes del sistema son: la enzima desaturasa, citocromo b5 y NADPH-citocromo b5
reductasa
Los electrones del NADPH son transferidos a traves de una flavoproteina reductasa especfica y un
citocromo b al oxgeno y as puede ste oxidar al cido graso.
La reaccin total es
R-CH2-CH2-(CH2)7-COOH + NADPH + H+ + O2 R-CH - CH-(CH2)7-COOH + NADP + 2H2O
La especificidad enzimtica es tal que el grupo R debe contener por lo menos 6 tomos de carbono.
Las enzimas desaturasas en el humano pueden ubicar dobles enlaces entre el C10 y el grupo
carboxilo. Las reacciones de desaturacin ms comunes son aquellas que ubican al doble enlace entre
los carbonos 9 y 10 convirtiendo el cido palmtico en palmitoleico (16:1, 9) y la conversin decido estearico en oleico (18:1, 9). Una vez que se ha introducido el doble enlace en posicin 9,otros dobles enlaces pueden ser introducidos en posicin C4, C5 y C6.
Los mecanismos regulatorios que gobiernan la conversin de palmtico a cidos grasos insaturados noha sido estudiada en detalle. Se ha descripto que la actividad y sntesis de las desaturasas est
controlada por mecanismos hormonales y por la dieta. En animales de experimentacin se ha
observado que un aumento en la proporcin de cidos grasos poliinsaturados en la dieta disminuye la
actividad de estearoil desaturasa en el hgado, y la insulina, triiodotironina e hidrocortisona causan su
induccin.
Los cidos grasos poliinsaturados con dobles enlaces en posicin 3 a partir del grupo metilo (cidos
grasos 3) y en posicin 6 a partir del grupo metilo (cidos grasos 6) son requeridos para la sntesisde eicosanoides*
*: "eicosa" es una palabra que deriva del griego y significa nmero 20. Los eicosanoides son
compuestos sintetizados a partir de cidos grasos poliinsaturados de 20 tomos de carbonos, entreellos, el ms abundante y comn es el cido araquidnico (eicosatetraenoico, 6, 20:4, 5, 8, 11, 14). Loseicosanoides incluyen las prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos.
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Debido a que los humanos no pueden sintetizar estos cidos grasos poliinsaturados por sntesis de
novo (es decir, a partir de glucosa va acetilCoA y palmitato) deben estar presentes en la dieta o bien
la dieta debe contener otros cidos grasos que puedan convertirse en ellos. Nosotros incorporamos
cidos 3 y 6 a traves de los aceites vegetales o aceites de pescados presentes en la dieta, que
contienen linoleico (
6, 18:2,9,12
) y linolnico (
3, 18:3,9, 12, 15
). En nuestro organismo ellinoleico puede ser convertido por reacciones de elongacin y desaturacin a cido araquidnico. La
elongacin y desaturacin del linolnico produce eicosapentaenoico (20:5, 5, 8, 11, 14, 17)
FORMACION DE HIDROXI-ACIDOS GRASOS EN TEJIDO NERVIOSO
Aparentemente hay 2 procesos por los cuales pueden producirse -hidroxicidos grasos en animalessuperiores. Uno ocurre en la mitocondria de muchos tejidos y acta sobre cidos grasos de cadena
corta. El otro proceso ha sido demostrado en sistema nervioso donde se producen hidroxiacidos
grasos en posicin C2. Estos son necesarios en la formacin de algunos lpidos de la mielina.
Especficamente se ha estudiado el caso de -hidroxilacin de lignocrico a cido cerebrnico. Estasenzimas preferencialmente usan cidos grasos de 22 o 24 tomos de carbono y muestran caracteristicas
de oxidasas de funcin mixta, requiriendo oxgeno molecular, y NADH o NADPH. Esta sntesis estestrechamente coordinada con la sntesis de esfingolpidos que contienen -hidroxicidos.
LA ENZIMA ACIDO GRASO SINTETASA PRODUCE OTROS ACIDOS GRASOS ADEMASDE PALMITATO.
Hasta ahora hemos hablado de la sntesis y modificacin de palmitato, ya que representa la principal
va de sntesis de cidos graso en el cuerpo humano, y que est involucrada con el almacenamiento de
energa. Sin embargo, tambin son necesarios otros cidos grasos diferentes para propsitos
especficos estructurales o funcionales. Dos ejemplos caractersticos son la sntesis de cidos grasos
con menos de 16 tomos de carbono que ocurre en glndula mamaria y la sntesis de cidos grasos con
cadena ramificada que ocurre en ciertas glndulas secretorias.La leche producida por muchos animales contiene cidos grasos de cadena ms corta que el palmitato.
La cantidad de estos cidos producida por la glndula mamaria depende de la especie del animal y de
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su estado fisiolgico. La misma enzima cido graso sintetasa que produce la sntesis de palmitato
sintetiza cidos grasos de cadena ms corta cuando la unin entre la ACP y la cadena de cido graso
que se est formando, se parte antes de llegar a 16 carbonos. Esta hidrlisis es causada por una
tioesterasa, cuya actividad est bajo control hormonal.
Con repecto a los cidos grasos con cadena ramificada podemos decir que en animales superiores son
sintetizados por la cido grasos sintetasa. Cuando metilmalonilCoA es usado como sustrato en vez de
malonil CoA, una ramificacin de un grupo metilo se inserta en el cido graso. La reaccin es la
siguiente
O CH3 O O CH3 O
CH3-(CH2)n-C-SACP + HOOC-CH-C-SCoA CH3-(CH2)n- C- CH- C-SACP + CO2 + CoASH
Posteriormente, puede ocurrir la reduccin como se describi previamente. Aparentemente esa
reaccin puede ocurrir en muchos tejidos, normalmente, a una velocidad mucho ms lenta que la
utilizacin de malonilCoA para producir palmitato. La proporcin de cidos grasos ramificados
sintetizados est gobernada por la disponibilidad de los 2 precursores. Si la relacin malonilCoA /
metilmalonilCoA dismunuye, entonces hay un aumento en la sntesis de cidos grasos ramificados.En muchos tejidos se ha encontrado la presencia de una malonilCoA decarboxilasa capaz de causar
este descenso. Igualmente, se ha podido observar que un aumento en los niveles de metilmalonilCoA
en situaciones patolgicas, tales como la deficiencia de vitamina B12, puede llevar a una produccin
excesiva de cidos grasos ramificados.
LOS ACIDOS GRASOS PUEDEN SER REDUCIDOS A ALCOHOLES GRASOS
Como se ver ms adelante, muchos fosfolpidos contienen cadenas de cidos grasos con uniones eter.
Los precursores biosintticos de estos compuestos son los alcoholes grasos. Estos alcoholes son
formados en animales superiores, por un proceso de reduccin dependiente de NADPH, que consta de
2 etapas y que ocurre en retculo endoplsmico.
LIPOGENESIS
Como vimos hasta ahora, los hidratos de carbonos que llegan al hgado
provenientes de la dieta (es decir, en el estado de saciedad o post-
absortivo), as como los que llegan al tejido adiposo son convertidos en
triglicridos por una va metablica que tiene al cido fosfatdico como
intermediario. En esta situacin fisiolgica hay altos niveles de insulina
circulantes. El cido fosfatdico es tambin el precursor de los
glicerolpidos encontrados en las membranas biolgicas y en las
lipoprotenas sanguneas.
Para sintetizar estos triglicridos se necesita como sustrato, adems de
los cidos grasos, el glicerol 3-fosfato. En el hgado, el glicerol 3-fosfato es producido por fosforilacin del glicerol, reaccin catalizada
por la glicerol quinasa o bien por la reduccin de la dihidroxiacetona
fosfato proveniente de la gliclisis. El tejido adiposo carece de glicerolquinasa, y puede producir glicerol 3- fosfato solamente a partir deglucosa por la dihidroxiacetona fosfato.
Tanto en el tejido adiposo como en el hgado, los triglicridos son
sintetizados en el citoplasma a partir de glicerol 3-fosfato el cual
reacciona con un acil CoA para formar el cido fosfatdico. La
defosforilacin del cido fosfatdico produce diacilglicerol. Otro Acil
CoA reacciona con el diacilglicerol para formar el triacilglicerol,
reaccin catalizada por la diacilglicerol acil transferasa.
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La protena estimulante de la acilacin (ASP) podra intervenir en el control de la lipognesis. Esta es
una protena con un peso molecular de 14.000, circulante en el plasma y que estimula la sntesis de
triglicridos en los fibroblastos y el tejido adiposo. Activa a la enzima diacilglicerol-acil-transferasa
adiposa y favorece el ingreso de la glucosa al msculo. La ASP est incrementada en la obesidad y se
reduce durante la prdida de peso y el ayuno.
Los triglicridos formados en el tejido adiposo son almacenados en los adipocitos. En el hgado, en
cambio, los triglicridos (sintetizados en el retculo endoplsmico liso) son empaquetados con
colesterol, fosfolpidos y protenas (sintetizadas en el retculo endoplsmico rugoso) para formar la
lipoprotena VLDL. La principal apoprotena de la VLDL es la apo B100. La VLDL es procesada en
el Golgi y secretada por el hgado hacia el torrente sanguneo.
Destino de los triglicridos de la VLDL
La enzima lipoproteinlipasa (LPL), la cual esta unida a la membrana basal de las celulas endoteliales
de los capilares, cliva los triglicridos de las VLDL y de los quilomicrones, para formar cidos grasos
y glicerol. La apo CII (apoproteina que las VLDL captaron de su interaccin con HDL) activa la LPL.
El bajo Km de la isoenzima LPL muscular permite que el msculo utilice cidos grasos aportados por
los quilomicrones y VLDL como fuente de molculas combustibles cuando la concentracin
sangunea de estas lipoprotenas es muy baja. La isoenzima LPL de tejido adiposo tiene un alto Km y
es ms activa luego de una ingesta cuando los niveles en sangre de quilomicrones y VLDL son
elevados.
Regulacin de la lipoproteina lipasa y sus consecuencias fisiolgicosLa actividad de la LPL se controla modificando su cantidad absoluta (induccin-represin) o
regulando su velocidad de accin (activacin e inhibicin). La insulina y los glucocorticoides son
inductores de la LPL, especialmente en la grasa visceral, donde se potencian mutuamente en su accin.
La grasa visceral posee mayor nmero de receptores al cortisol que la grasa subcutnea, explicando su
mayor sensibilidad
a esta hormona.
En los individuos normales la actividad de la LPL adiposa aumenta tras las comidas, llegando a
duplicarse, mientras que en el msculo disminuye en un 30% con respecto a los valores de ayuno,
efectos debidos a una desigual accin de la insulina en estos tejidos. Inversamente, tras un ejercicio
muscular de varias horas, la actividad de la LPL muscular aumenta de 2 a 10 veces mientras que en el
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tejido adiposo se reduce un 20-30 %. En los atletas, la actividad de la LPL muscular y la adiposa es
mayor que en los sedentarios.
El aumento de la actividad de la LPL muscular disminuye la oferta de cidos grasos al tejido adiposo.
Este efecto es mayor en las fibras musculares tipo I (aerbicas) que tienen una mayor dotacin de
LPL. En el msculo de los varones ms obesos y en las obesidades centrales se ha encontrado una
menor proporcin de fibras I, coincidiendo con una disminucin de la sensibilidad a la insulina.
Esta regulacin inversa de la LPL en el tejido adiposo y en el msculo, en respuesta a la alimentacin
al ayuno y al ejercicio podra maximizar el deposito de grasa en el tejido adiposo en momentos de
abundancia de alimentos, para luego ser utilizada por el msculo en los perodos de carencia durante la
bsqueda de los mismos. No existen diferencias entre varones y mujeres en la actividad de la LPL
muscular , en cambio en las mujeres la actividad de la LPL adiposa es mayor. Este cambio en la
relacin LPL adiposa/ LPL muscular es parcialmente responsable de la mayor abundancia de tejido
adiposo subcutneo y de la mayor concentracin de HDL en las mujeres.
En las mujeres premenopusicas la actividad de la LPL es mayor en el tejido adiposo gluteofemoral
que en el abdominal, diferencias que van desapareciendo con la menopausia . La progesterona parece
mediar este efecto.
Durante el embarazo y la lactancia la actividad de la LPL femoroglutea disminuye y al mismo tiempo
se incrementa la lipolisis en esta regin, indicando que esta grasa tiene vinculacin casi exclusiva conel sostenimiento energtico durante la gravidez y la lactancia.
La actividad de la LPL adiposa aumenta en la obesidad, aunque paradojalmente tambin lo hace luego
de la prdida de peso y en respuesta a la realimentacin. Esto sugiere que la LPL podra comportarse
como una enzima reguladora del "set point graso del adipocito".
Sin embargo, el aumento de la LPL en respuesta a la alimentacin se debe a un mecanismo de tipo
postranslacional, mientras que el debido a la prdida de peso se debe a un aumento de la sntesis de la
enzima, indicativo de los diferentes mecanismos regulatorios de la lipognesis
Almacenamiento de triglicridos en el tejido adiposo
Despus de una comida aumenta el depsito de triglicridos en el tejido adiposo. Los adipocitossintetizan la enzima lipoprotein lipasa (LPL) y la secretan en los capilares del tejido adiposos cuando
la relacin insulina/glucagon es alta. Esta enzima degrada los triglicridos tanto de los quilomicrones
como los de la VLDL. Los cidos grasos entran al adipocito y son activados para formar acil CoA, el
que reacciona con el glicerol 3-fosfato para formar triglicridos por una va similar a la heptica.
Como el tejido adiposo no tiene glicerol quinasa y no puede usar el glicerol producido por la LPL, el
glicerol va por via sangunea al hgado, el cual lo usa para la sntesis de triglicridos. En el tejido
adiposo, el glicerol 3-fosfato es formado a partir de la glucosa.
Adems de estimular la sntesis y liberacin de la LPL, la insulina estimula el metabolismo de la
glucosa en los adipocitos. La insulina activa la enzima fosfofrutoquinasa I aumentando los niveles de
fructosa 2,6 bifosfato. Tambin estimula la desfosforilacin de la piruvato deshidrogenasa, y por lo
tanto el piruvato producido por glucolisis puede ser oxidado en el ciclo de Krebs. Adems, la insulina
estimula la conversin de glucosa a cidos grasos en el tejido adiposo, aunque el hgado es el principal
sitio de sntesis de cidos grasos en humanos.
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LIPOLISIS
Generalmente, los lpidos son almacenados en forma de gotas lipdicas, con un ncleo de colesterol
esterificado y triglicridos rodeado por una monocapa de fosfolpidos. La superficie de estas gotas estrecubierta con perilipinas. Las perilipinas son una familia de proteinas que restringen el acceso a loslpidos contenidos en la gota, previniendo la movilizacin lipdica inoportuna. Cuando, en funcin de
las seales hormonales, hay una necesidad de energa metablica (ayuno, ejercicio prolongado, etc.) se
movilizan las reservas de triglicridos almacenados en el tejido adiposo y los cidos grasos son
transportados a aquellos tejidos (msculo esqueltico, corazn, corteza adrenal) en los que se oxidan
cidos grasos para producir energa
Las hormonas epinefrina y glucagon, secretadas en respuesta a bajos niveles de glucosa sangunea,
activan sus receptores especficos en las membranas de los adipocitos, y producen, va protena Gs,
AMPc, el cual activa a PKA. La PKA fosforila a la perilipina A y esta proteina fosforilada moviliza a
la Lipasa Hormono Sensible(LHS) que est en el citosol hacia la superficie de la gota lipdica dondepuede comenzar a hidrolizar los triglicridos liberando los cidos grasos.
La PKA tambien fosforila a la LHS aumentando su actividad.
Las clulas con un defecto en los genes que codifican para perilipina, no aumentan los niveles
de AMPc en respuesta ala accin hormonal y la LHS no se asocia las gotas lipdicas.Los cidos grasos son transportados en la sangre por la albmina y llegan hasta el msculo, hgado y
otros tejidos para ser oxidados a CO2 y agua liberando energa en un proceso que se denomina beta-
oxidacin. Durante el ayuno, la Acetil CoA producida por beta-oxidacin de los cidos grasos enhgadoes convertida en cuerpos cetnicos, los cuales son liberados a la sangre y sirven como fuentede energa para otros tejidos. El glicerol derivado de la liplisis en los adipocitos es usado por el
hgado durante el ayuno como fuente de carbono para la gluconeognesis.
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Movilizacin de los triglicridos almacenados en tejido adiposo: Cuando la disminucin de la glucemiadispara la liberacin de glucagon, (1) la hormona se une a su receptor en la membrana del adipocito y por lo
tanto (2) estimula a la adenilato ciclasa,va protena Gs, para producir AMPc. Este segundo mensajero activa
PKA, la cual fosforila (3) la Lipasa Hormona sensible (LHS) y (4) las molculas de perilipinas en la superficie
de las gotas lipdicas. La fosforilacin de las gotas lipdicas permite que la LHS acceda a ka superficie dedichas gotas lipdicas, donde (5) donde hidroliza los triglicridos a acidos grasos libres. (6) Los cidos grasos
salen del adipocito, se unen a la albmna srica en el torrente sanguneo y son transportados por la sangre
hasta los tejidos que requieren energa. En este caso se muestra que los acidos grasos se desunen de la
albumina y entran al miocito (7) a travs de un transportador especfico. En el miocito (8), los cidos grasos
son oxidados a CO2 y la energa de oxidacin es conservada en un enlace de alta energa del ATP, el cual
participa en el proceso de contraccin muscular o en otros requerimientos energticos del miocito
Regulacin de la Lipasa hormona sensible (LHS)
La actividad de esta enzima es regulada fundamentalmente por las catecolaminas, la hormona de
crecimiento, el glucagon, la ACTH y los corticosteroides, mientras que la insulina se opone a la accin
de las anteriores. Las catecolaminas regulan la LHS por intermedio de los receptores adrenrgicos 1, 2 y quizs los 3 . Las sustancias lipolticas se ligan al receptor , que activa a la proteinas Gs. De
la protena Gs se libera una subunidad alfa, que activa a la adenilato ciclasa. Las sustancias
antilipolticas se ligan al receptor adrenrgico alfa2 produciendo una protena inhibidora de la
actividad , llamada protena Gi. La protena Gi libera una subunidad , que se une a la alfa,
disminuyendo la activacin que esta ltima produce sobre la adenilato ciclasa. El glucagon se une a
sus receptores en tejido adiposo y via una proteina Gs estimula la adenilato ciclasa. La activacin de la
adenilato ciclasa y su consecuencia, el aumento del nivel intracelular del AMP cclico, es la
determinante de la lipolisis. Una vez formado, el AMPc activa a una protena quinasa A, quien cataliza
a su vez la fosforilacin de otra familia de protenas quinasa, por lo cual la cantidad de protena
quinasa activa aumenta velozmente. La seal inicial resulta de esta manera rpidamente amplificada
("amplificacin en cascada"). Las protena quinasa activadas (fosforiladas) finalmente activan por
fosforilacin a la enzima lipasa hormono sensible (LHS) (llamada as porque su actividad es reguladapor la insulina y las catecolaminas), que es la marcapasos de la lipolisis. En la traslocacin de esta
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enzima desde el citosol a la gota de lpidos interviene una protena llamada perilipina que tambin
participara en la activacin de esta enzima.
Los cidos grasos liberados por la accin de la LHS, seran transportados a travs de la membrana
plasmtica por un transportador recientemente secuenciado y una vez en el agua extracelular se unen
a la albmina, para su transporte a distancia.
En condiciones basales, las 2/3 partes de los cidos grasos liberados y todo el glicerol dejan el
adipocito (el tercio de cidos grasos restante se reesterifica en la misma clula), siendo precisamente la
concentracin de glicerol en el lquido intersticial del tejido, la forma de evaluar la intensidad de la
lipolisis.
Regulacin de la liplisis
La lipolisis es estimulada por el fro, el ejercicio, el glucagon y la hipoglucemia a travs de la
activacin hipotalmica del sistema simptico, cuyas terminales simpticas liberan noradrenalina en
los tejidos efectores, estimulando al receptor .
La velocidad de la lipolisis es menor en el tejido subcutneo perifrico, mayor en el subcutneo
abdominal y mayor aun en el rea visceral. Esto ltimo permite una rpida llegada de cidos grasos al
hgado en situaciones de urgencia de combustible, como ocurre durante el ejercicio.La LHS es activada por las catecolaminas, la hormona de crecimiento, el glucagon, la ACTH y los
corticosteroides, mientras que la insulina se opone a la accin de las anteriores.
Si los receptores 1 y 2 son expuestos a altas concentraciones de catecolaminas por un largo tiempo,
sufren desensibilizacin, lo que vuelve a las clulas adiposas menos respondedoras a la estimulacin
adrenrgica (hecho que no ocurre igualmente en los receptores 3).
La lipolisis es inhibida por la insulina, que estimula a la fosfodiesterasa, quien a su vez inactiva al
AMPc. La insulina tambin podra inhibir a la adenilciclasa o internalizar a los receptores
adrenrgicos (provocando resistencia a la accin lipoltica de las catecolaminas).
Otros estmulos antilipolticos son: la actividad alfa 2 A de las catecolaminas, la adenosina y las
prostaglandinas E (por modulacin autcrina en el propio tejido adiposo).
Debido a que los obesos tienen una mayor lipolisis en condiciones basales, sus niveles de cidos
grasos circulantes son ms elevados, aun en ayunas.La lipolisis basal es mayor en los territorios subcutneos, mientras que la liplisis estimulada, es
mayor en la grasa visceral.
Advertencia: no confundir subunidad alfay con adrenoreceptor alfay .
DINAMICA METABOLICA DEL TEJIDO ADIPOSOEl volumen del tejido adiposo est en equilibrio dinmico, dependiendo de la relacin entre la
lipognesis y la lipolisis, consecuencia de una mltiple regulacin; hormonal, metablica y nerviosa.
Lipognesis y lipolisis son en ltima instancia consecuencia de la actividad de la LPL y de la LHS,
quienes son modificadas por las catecolaminas, insulina, glucagon, hormona estimulante de la tiroides,
colecistoquinina, hormona de crecimiento, cortisol, ACTH, esteroides sexuales, paratohormona, etc.
Sin embargo estas hormonas no tienen igual accin en todos los territorios adiposos. Algunas
localizaciones son ms sensibles que otras a los mismos estmulos, determinando diferencias en la
respuesta regional.
UTILIZACION DE ACIDOS GRASOS PARA LA PRODUCCION DE ENERGIA
Comentamos al principio que una funcin muy importante de los cidos grasos es la de servir como
combustibles para la obtencin de energa celular. El proceso por el cual se obtiene energa por
oxidacin de los cidos grasos se denomina -oxidacin y ocurre en mitocondrias. Losintermediarios ricos en energa que se producen en esta va metablica son NADH y FADH2, los que
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sern oxidados en cadena respiratoria con produccin de ATP. La cadena carbonada da AcetilCoA
que luego entrar en el ciclo de Krebs.
El grado de utilizacin de los cidos grasos para la produccin de energa vara considerablemente
segn el tejido y depende, en gran medida, del estado metablico del organismo, si est en estado de
ayuno o post-ingesta, si est en ejercicio o reposo, etc. Por ejemplo, el sistema nervioso oxida cidos
grasos en pequea proporcin, pero en el msculo cardaco y esqueltico, los cidos grasos son la
principal fuente de energa. Durante el ayuno prolongado, la mayora de los tejidos pueden usar
cidos grasos o cuerpos cetnicos para suplir su requerimiento energtico.
LOS ACIDOS GRASOS SON SINTETIZADOS Y DEGRADADOS POR RUTASDIFERENTES
La degradacin de los cidos grasos no ocurre por la va inversa a la sntesis. Podramos resumir las
diferencias del siguiente modo:
1.- la sntesis se produce en el citosol, en contraste con la degradacin que tiene lugar en matriz
mitocondrial.
2.- los intermediarios en la sntesis de cidos grasos estn ligados a los grupos sulfhidrilos de unaprotena transportadora de grupos acilo (ACP), mientras que los intermediarios en la degradacin de
los cidos grasos estn ligados a la coenzima A.
3.- en los organismos superiores muchas de las enzimas de la sntesis de cidos grasos estn
organizadas en un complejo multienzimtico llamada cido grasa sintetasa. Por el contrario, las
enzimas degradativas no parecen estar asociadas.
4.- la cadena de cido graso que est siendo sintetizada es alargada por la adicin secuencial de
unidades de 2 carbonos derivadas del AcetilCoA. El donor activado de las unidades de 2 carbonos en
la etapa de elongacin es el malonil ACP. La reaccin de elongacin es impulsada por la eliminacin
de CO2. En la degradacin el acilCoa es acortado secuencialmente, en unidades de 2 carbonos que se
liberan como acetilCoA.
5.- el reductor en la sntesis de cidos grasos es el NADPH. En la (-oxidacin se forma NADH y
FADH2.
LOS ACIDOS GRASOS SON ACTIVADOS POR CONVERSIN A ACILCoA
Los cidos grasos son oxidados en las mitocondrias pero previamente deben ser activados. El proceso
de activacin involucra una acil CoA sintetasa (tambien llamada tioquinasa) que utiliza ATP para
producir un compuesto de alta energa: acil-AMP y pirofosfato. La ruptura del pirofosfato produce
energa que ayuda a impulsar la reaccin. El AMP unido al grupo acilo es intercambiado por CoA y
se forma un acilCoA, liberndose AMP. En total, la reaccin de activacin consume 2 enlaces fosfato
de alta energa : uno en la formacin de acil-AMP y el otro en la hidrlisis del pirofosfato.
Los cidos de cadena corta (2 3 tomos de carbono, como por ejemplo acetato y propionato) pueden
ser activados en el citosol o las mitocondrias . Acidos grasos de cadena mediana (4 - 12 tomos de
carbono) atraviesan la membrana mitocondrial y son activados en la matriz. Los cidos grasos de
cadena larga (12 tomos de carbono o ms) son activados por enzimas del retculo endoplsmico, el
lado citoplasmtico de la membrana mitocondrial externa y las membranas de peroxisomas.. Despus
de la activacin, las cidos grasos de cadena larga destinados a la oxidacin son transportados por la
carnitina hacia el interior de la mitocondria, donde se localizan las enzimas de esta va metablica
TRANSPORTE DE ACILCoA A LA MITOCONDRIA
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La carnitina es el compuesto que transporta los acilCoA al interior de la mitocondria. La carnitina se
obtiene de la dieta o bien se sintetiza a partir del aminocido lisina por reacciones que incluyen la
transferencia del grupo metilo desde la S-adenosilmetionina y reacciones de oxidacin que requieren
cido ascrbico (vit C). Una enzima presente en el lado externo de la membrana mitocondrial interna,
la carnitina-palmitoil-transferasa I (CPT I)(tambin llamada carnitina acil transferasa I) cataliza latransferencia del grupo acilo desde la CoA a la carnitina. La acil carnitina atraviesa la membrana
interna mitocondrial con la ayuda de una translocasa. El grupo acilo es transferido nuevamente a una
CoA por una segunda enzima: Carnitina palmitoil transferasa II (CPT II; o carnitina aciltransferasa II). La carnitina liberada en esta reaccin, regresa al lado citoslico de la membrana
mitocondrial por la misma translocasa .
Regulacin de la carnitina palmitoil transferasa I (CPT I)
La enzima CPT I juega un rol central en el control de la oxidacin de los cidos grasos tanto en
condiciones fisiolgicas como patolgicas. Es fuertemente inhibida por malonil CoA, que es el
producto de la reaccin catalizada por la acetil CoA carboxilasa, la enzima regulatoria de la biosntesis
de cidos grasos. En los ltimos aos, se ha propuesto otro mecanismo regulatorio, independiente de
malonil CoA. Se ha podido establecer que la activacin de una proteina quinasa II dependiente deCa
2+-calmodulina o de una proteina quinasa activada por AMP, induce la fosforilacin de
citoqueratinas 8 y 18, alterando, por lo tanto, los filamentos intermedios. En consecuencia, se pierden
las interacciones inhibitorias entre el citoesqueleto y componentes mitocondriales, dando como
resultado un aumento en la actividad de la CPT I y en la oxidacin de los cidos grasos. Hasta el
momento, no se conocen cuales son esos componentes mitocondriales que interactuan con el
citoesqueleto. Ambos mecanismos regulatorios de la CPT I: dependiente e independiente de malonil
CoA, actuan de manera concertada.
-OXIDACION
El proceso de -oxidacin consta de 4 pasos: oxidacin ligada a FAD que produce FADH2;hidratacin; oxidacin ligada a NAD que produce NADH y tilisis por CoA. Estos 4 pasos se repiten
hasta que todos los carbonos de una cadena lineal de acil CoA se conviertan en acetilCoA.
Cada conjunto de estas 4 reacciones da por resultado el acortamiento de la cadena en 2 tomos de
carbono, los que son liberados como acetilCoA. Por lo tanto, la -oxidacin puede ser vista comouna espiral de reacciones que eliminan 2 carbonos en cada vuelta.
En el primer paso: 2 hidrogenos con sus electrones son transferidos a un FAD unido a la enzimaacilCoA deshidrogenasa formndose un doble enlace con configuracin trans entre los carbonos 2 y 3
(C y ), por lo tanto el acil CoA se transforma en un enoilCoA. El FADH2 producido en esta
reaccin, transfiere sus electrones a una flavoprotena transferidora de electrones que contienehierro y azufre en
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su centro activo, y sta a su vez los transfiere a la coenzima Q de la cadena de transporte deelectrones. Esta transferencia de electrones produce, por lo tanto, por cada FADH2 que es reoxidado, 2
ATP.
Existen varias deshidrogenasas que son especficas para cada paso de esta va metablica y que actan
segn la longitud de la cadena del cido graso. As, se pueden distinguir la "acilCoA deshidrogenasa
de cidos grasos de cadena corta" (SCAD)que acta sobre cidos grasos de 4 a 6 tomos de carbonos;la "acil CoA-deshidrogenasa de cidos grasos de cadena mediana" (MCAD)que acta sobre cidosgrasos con 4 a 12 tomos de carbono, la "acil CoA-deshidrogenasa de cidos grasos de cadena larga"
(LCAD)que acta sobre cidos grasos con 8 a 20 tomos de carbono, la "acil CoA-deshidrogenasa decidos grasos de cadena muy larga" (VLCAD)que acta sobre cidos grasos con 12 a 24 tomos decarbono. Cada una de estas enzimas cataliza la formacin de acil CoA del correspondiente ester
saturado.
En el segundo paso: una enoil hidratasa adiciona H2O al doble enlace. Aparentemente hay ms deuna enoil hidratasa. Cada una de ellas es especfica para un cido graso de determinada longitud de
cadena.
En el tercer paso: la 3L-hidroxiacilCoA que se forma es oxidado por NAD a un -ceto acilCoA poruna -hidroxiacilCoA dehidrogenasa. La oxidacin del NADH producido en esta reaccin , va la
cadena de transporte de electrones genera aproximadamente 3 ATP.
En el cuarto paso: el enlace entre los carbonos y es clivado por una -cetotiolasa, una enzima querequiere CoA y se libera acetilCoA.
El acilCoA que ha sido de esta manera acortado en 2 carbonos, repite estas 4 reacciones hasta que
todos sus carbonos son convertidos en acetilCoA.
En la ltima secuencia de 4 pasos, la ruptura de un cido graso de 4 carbonos (butirilCoA) se parte en
2 acetilCoA. Por lo tanto, un cido graso como el palmitoil CoA de 16 tomos de carbono, es clivado
7 veces, produciendo 7 FADH2, 7 NADH y 8 acetilCoA.
Muchos tejidos, tales como msculo y rin, oxidan cidos grasos completamente a CO2y H2O. En
estos tejidos, la acetilCoA producida por -oxidacin entra en el ciclo de Krebs. El FADH2 y elNADH producidos en la -oxidacin y en Krebs son reoxidados en la cadena de transporte deelectrones generando ATP.
Rendimiento energtico de la degradacin del palmitato:La oxidacin de los 7 FADH2 generan 14 ATP, la oxidacin del NADH produce 21 ATP y la
oxidacin de la AcetilCoA en el ciclo de Krebs aportan 96 ATP. Por lo tanto la oxidacin de un cido
graso de 16 carbonos genera 131 ATP; ahora bien como la activacin del cido graso consume 2 ATP,
el rendimiento total del proceso rinde 129 ATP.
El proceso de -oxidacin es regulado por los requerimientos energticos de la clula, es decir por losniveles de ATP y NADH.
Las 4 reacciones de la -oxidacin estn catalizadas por un conjunto de enzimas que son relativamenteespecficas para cidos grasos de diferente longitud de cadena.
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REGULACION FISIOLOGICA DE LA -OXIDACION MITOCONDRIALLa regulacin fisiolgica de la -oxidacin depende, al menos en parte, del rgano en cuestin. Elhgadoes capaz de realizar -oxidacin y cetognesis en una alta proporcin as como lipognesis yesterificacin de cidos grasos. Por lo tanto, la regulacin del flujo de carbono es muy importante
para que no ocurran ciclos ftiles, es decir un reciclado del sustrato. Bajo condiciones de alimentacin
(post-ingesta
), hay alts niveles de glucosa circulante, los cidos graso no esterificados plasmticosestn bajos y la actividad de CPT I est inhibida por altos niveles de malonilCoA. As, el flujo de
carbono en el hgado va desde glucosa a la lipognesis de novo va citrato y malonilCoA. Durante el
ayuno, los niveles circulantes de cidos grasos no esterificados aumentan debido a la accin de lalipasa hormono sensible que est activada en respuesta al aumento en la relacin glucagon/insulina.
Los niveles de malonilCoA hepticos estn bajos debido a un menor eflujo de citrato desde la
mitocondria y a la fosforilacin, y en consecuencia inactivacin, de la acetilCoA carboxilasa por la
proteina kinasa AMPc dependiente, tambin en respuesta al aumento de la relacin glucagon/insulina.
Por lo tanto, la -oxidacin y cetognesis estn activadas y hay un aumento en el nivel de cuerposcetnicos.
El aumento de los niveles sricos de cidos grasos no esterificados y cuerpos cetnicos a medida que
la disponibilidad de glucosa disminuye durante el ayuno, es un dato muy utilizado desde el punto de
vista diagnstico para detectar alteraciones en el proceso de -oxidacin. As, una inapropiada
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relacin entre los niveles de cuerpos cetnicos y c.grasos no esterificados sugiere la presencia de
errores genticos en esta va metablica.
En tejidos extrahepticos,donde no hay una activa lipognesis, tales como el corazn o el msculoesqueltico, la -oxidacin sirve fundamentalmente para proveer energa para la contraccin. En estostejidos la velocidad de -oxidacin ocurre en respuesta a la demanda de energa. Si hay un aumento
del trabajo muscular, se requieren grandes cantidades de ATP y hay una aumento en la fosforilacinoxidativa y en le ciclo de Krebs , los niveles de NADH y acetil CoA disminuyen y aumenta el flujo en
la -oxidacin.
OXIDACION DE ACIDOS GRASOS DE CADENA IMPARLos cidos grasos de cadena impar sufren -oxidacin, produciendo acetilCoA hasta la ltima etapaen que queda un acilCoA de 5 tomos de carbonos en el resto acilo. En este caso la ruptura por accin
de la tiolasa produce una acetilCoA y una propionilCoA.
La carboxilacin de la propionilCoA da metilmalonilCoA, la cual es convertida en succinilCoA, que
es un intermediario del ciclo de Krebs. Estos 3 carbonos del extremo terminal de un cido graso de
cadena impar pueden formar glucosa en el hgado va el proceso de gluconeognesis. Ningn otro
tomo de carbono de los cidos grasos puede producir glucosa ya que al generan acetilCoA que no
puede formar piruvato (sustrato de la gluconeognesis) debido a que la piruvato deshidrogenasa esfisiolgicamente irreversible. Cuando los 2 carbonos de la acetilCoA pasan por el ciclo de Krebs se
pierden 2 carbonos como CO2. Por lo tanto, a pesar que malato (el cual puede ser convertido en
glucosa) se forma en el ciclo de Krebs, no hay una produccin neta de malato (y por lo tanto de
glucosa) a partir de acetilCoA.
OXIDACION DE ACIDOS GRASOS INSATURADOSAproximadamente la mitad de los cidos grasos en el organismo humanos son insaturados. El doble
enlace de estos cidos grasos deben ser movidos a la correcta posicin para que la -oxidacin puedaocurrir. Este proceso requiere 2 enzimas, una isomerasa y una reductasa, adems de las enzimas que
catalizan la -oxidacin.
La -oxidacin de los cidos grasos monosaturados ocurre hasta el doble enlace entre los carbonos 3 y4 (cerca del carboxilo terminal). Una isomerasa mueve el doble enlace de manera de ubicarlo entre loscarbonos 2 y 3 (carbonos y ) en una configuracin trans. Luego ocurre -oxidacin pero a partirdel segundo paso, ya que el doble enlace trans ya est presente
Los cidos grasos poliinsaturados , tales como el linoleico (18:2, 9, 12), sufren -oxidacin hasta queun doble enlace est entre los carbonos 3 y 4 y el otro entre los carbonos 6 y 7. La isomerasa corre el
doble enlace 3-4 a una posicin 2-3 trans y as puede ocurrir una secuencia de 4 pasos de la -oxidacin ms el primer paso de una nueva secuencia. En esa etapa una reductasa que utiliza NADPH
convierte estos 2 dobles enlaces (entre los carbonos 2 y 3 y entre los carbonos 4 y 5) a un doble
enlace entre los carbonos 3 y 4 en una configuracin trans. La isomerasa (que puede actuar sobre
dobles enlaces tanto cis como trans) mueve este doble enlace a la posicin 2,3 trans y as contina la
-oxidacin.
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Oxidacin de cidos grasos de cadena muy larga
Los cidos grasos de cadena muy larga (20 - 26 tomos de carbono) son oxidados en peroxisomasporun proceso similar a la beta-oxidacin. Sin embargo, la primera enzima es distinta, ya que dona
electrones directamente al oxgeno molecular y produce perxido de hidrgeno, el cual puede generarradicales libres. La catalasa, una enzima localizada en peroxisomas, convierte el H2O2 en oxgeno
molecular y agua.
Otra diferencia entre la -oxidacin y la oxidacin que ocurre en peroxisomas es que en ste ltimo,no se produce ATP por fosforilacin oxidativa. Los cidos grasos de cadena muy larga son
degradados a octanoilCoA (grupo acilo de 8 tomos de carbono) y acetilCoA, los que son transferidos
a la carnitina y transportados al interior de la mitocondria, donde pueden sufrir oxidacin acoplada a
fosforilacin oxidativa.
-Oxidacin de cidos grasos
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Los cidos grasos pueden ser oxidados en el carbono por enzimas del retculo endoplsmico. Elgrupo metilo en posicin es oxidado en un primer paso, a alcohol por una enzima que usa citocromo
P450, oxgeno molecular y NADPH. Una dehidrogenasa convierte el grupo alcohol en cido,
producindose un cido dicarboxlico . Este cido dicarboxlico puede sufrir -oxidacin en lamitocondria formando compuestos dicarboxlicos de 6 - 10 tomos de carbono, los que se excretan por
la orina.Normalmente, la -oxidacin es un proceso menor; sin embargo, en determinadas circunstancias, porejemplo frente a una deficiencia de carnitina o de alguna enzima de la -oxidacin , se observa laexcresin de grandes cantidades de cidos dicarboxlicos en orina.
O O O O
CH3-(CH2)n-C-O- HO-CH2-(CH2)n-C-O
- -O-C-(CH2)n-C-O-
-Oxidacin de cidos grasos
Los cidos grasos de cadena muy larga pueden ser oxidados por un proceso que involucra el carbono
. La oxidacin de este carbono facilita la liberacin del grupo carboxilo como CO2. Este procesoocurre fundamentalmente en el cerebro y tejido nervioso y oxida cidos grasos de 20 tomos de
carbono, removiendo un carbono cada vez.
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METABOLISMO DE CUERPOS CETONICOSCETOGENESIS: SNTESIS DE CUERPOS CETONICOS
Los cuerpos cetnicos son un grupo de compuestos de
bajo peso molecular que incluyen el -hidroxibutirato,aceto- acetato y acetona. Para la sntesis de estos
compuestos, que ocurre en el hgado, 2 molculas de
AcCoA reaccionan para formar acetacetilCoA por una
reaccin inversa a la catalizada por la tiolasa. Otra
molcula de AcCoA reacciona con el acetoacetilCoA,
produciendo 3-hidroxi-3-metilglutarilCoA (HMGCoA)
y liberando a la coenzima A en forma libre, no acetilada
(CoASH) . La enzima que cataliza esta reaccin es la
hidroximetil-glutaril CoA sintetasa (HMGCoA
sintetasa). Esta enzima es inducida durante el ayuno y
es inhibida por CoASH.
En la siguiente reaccin HMGCoA liasa cataliza la
ruptura de HMGCoA para formar acetilCoA yacetoacetato.
El acetoacetato tiene 3 destinos posibles. Puede pasar
directamente a la sangre o bien puede ser reducido por una deshidrogenasa dependiente de NADH a
un segundo cuerpo cetnico, el -hidroxibutirato, el cual pasa a la sangre. Esta reaccin de ladeshidrogenasa es facilmente reversible y sirve para interconvertir estos 2 compuestos los cuales pasana la sangre y van desde el hgado a otros tejidos donde son utilizados como molculas combustibes, es
decir , son oxidados para proveer energa. El tercer destino del acetoacetato es su decarboxilacin. En
esta reaccin se libera CO2 y se forma acetona. La acetona no se metaboliza y como es voltil se
expira por los pulmones.
La relacin NADH/NAD determina la cantidad relativa de
acetoacetato y -hidroxibutirato que son producidos. Loshumanos generalmente, producen ms -hidroxibutirato queacetoacetato.
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CETOLISIS:OXIDACION DE CUERPOS CETONICOS
Los cuerpos cetnicos proveen combustible para los tejidos particularmente durante el ayuno. Cuando
los cidos grasos son liberados del tejido adiposo, por la hidrlisis de los triglicridos, el hgado usa
estos cidos grasos para sintetizar cuerpos cetnicos los cuales van hacia los tejidos , tales como
msculo y rin, donde son oxidados.
Durante el ayuno, el nivel plasmtico de los cuerpos cetnicos se eleva y en casos de inanicin pueden
entrar en el cerebro, donde son oxidados, reduciendo la cantidad de glucosa requerida por este tejido.
El acetoacetato puede entrar a las clulas directamente o puede ser producido dentro de ellas por
oxidacin del -hidroxibutirato. Esta reaccin catalizada por la -hidroxibutirato deshidrogenasa,produce NADH el cual genera ATP por fosforilacin oxidativa. Por lo tanto, ms energa se produce
por oxidacin del -hidroxibutirato que por oxidacin de acetoacetato.La activacin de acetoacetato se produce en mitocondrias y es catalizada por la succinil CoA
acetoacetato CoA transferasa. Como el nombre lo sugiere, CoA es transferida desde el succinilCoA,
un intermediario del ciclo de Krebs, a acetoacetato. Los productos de esta reaccin son
acetoacetilCoA y succinato.
Aunque el hgado produce cuerpos cetnicos, no los utiliza porque no hay en el hgado suficientecantidad de tiotransferasa.
-cetotiolasa, la misma enzima involucrada en la -oxidacin, cataliza la ruptura de acetoacetilCoA.Una molcula de acetoacetilCoA produce 2 molculas de AcetilCoA, las cuales entran en el ciclo de
Krebs.
En el ciclo de Krebs, cuando succinil CoA se convierte en succinato, se produce un GTP. Sin
embargo, cuando succinilCoA transfiere el CoA a acetoacetato , no se produce GTP. Por lo tanto,
aunque los 2 acetilCoA derivados del acetoacetato genera 24 ATP va el ciclo de Krebs y la
fosforilacin oxidativa, el rendimeinto neto es de 23 ATP, debido a que se ha consumido un ATP en la
activacin de acetoacetato.
En resumen, los cidos grasos liberados de los triglicridos del tejido adiposo sirven como principal
combustible para el organismo durante el ayuno. Estos cidos grasos son completamente oxidados aCO2 y H2O por algunos tejidos. El hgados oxida cidos grasos, convirtiendo la mayora de la
AcetilCoa en cuerpos cetnicos, los cuales van por sangre hacia tejidos perifricos. En estos tejidos los
cuerpos cetnicos son oxidados a CO2y H2O y se genera ATP.
La cantidad total de energa obtenida por oxidacin parcial de cidos grasos en el hgado y enviar los
cuerpos cetnicos a otros tejidos para su oxidacin completa, aporta la misma cantidad de energa que
se obtiene por oxidacin completa de los cidos grasos en un nico tejido. La ventaja ganada por la
formacin de cuerpos cetnicos es que:
1.- el hgado obtiene la energa requerida para realizar ciertos procesos, tales como gluconeognesis,
de la oxidacin parcial de los cidos grasos y adems forma cuerpos cetnicos
2.- otros tejidos usan estos cuerpos cetnicos como combustible3.- durante el ayuno, el cerebro puede oxidar cuerpos cetnicos, reduciendo las necesidades de
glucosa. Consecuentemente, durante el ayuno, la gluconeognesis disminuye, y las protenas
musculares, las cuales proveen amino cidos como fuente de carbono para la produccin de glucosa,
no son degradadas.
REGULACION DE LA OXIDACION DE LOS ACIDOS GRASOS Y DE LA UTILIZACIONDE CUERPOS CETONICOS
La oxidacin de los cidos grasos est regulada por el mecanismo que controla la reoxidacin de
FADH2y NADH por la cadena de transporte de electrones, es decir, por la demanda de ATP.
El msculo usa preferentemente cidos grasos como combustible. Cuando los cidos grasos son
abundantes, la oxidacin de la glucosa en el msculo es inhibida. -oxidacin produce NADH yacetilCoA, la que causa que la piruvato deshidrogenasa sea fosforilada e inactivada. Por lo tanto, el
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piruvato producido a partir de glucosa por medio de la glucolisis no puede ser convertido a acetilCoA
para entrar en el ciclo de Krebs. Por lo tanto, los intermediarios de la glucolisis se acumulan si la
produccin de ATP a partir de cidos grasos es adecuada para satisfacer las necesidades energticas de
la clula. La glucosa 6-P inhibe la hexokinasa, disminuyendo la velocidad de entrada de glucosa al
camino glucoltico. Adems, otros mecanismos pueden operar para disminuir la glucolisis: por
ejemplo: accin de citrato sobre fosfofructokinasa I. Sin embargo, la importancia fisiolgica de este
mecanismo en humanos est actualmente discutida.
Despus de una ingesta de hidratos de carbono, cuando los cidos grasos estn siendo sintetizados en
el citosol de las clulas hepticas, su oxidacin inmediata en las mitocondrias hepticas es impedida
por el malonilCoA, un intermediario en la sntesis de cidos grasos. Malonil CoA inhibe la carnitina
aciltransferasa I, involucrada en el transporte de cidos grasos hacia la mitocondria donde se localizan
las enzimas de la -oxidacin. Por lo tanto, en el estado alimentado, los cidos grasos no son oxidadosen el hgado ni convertidos en cuerpos cetnicos.
Durante el ayuno, en el hgado, la sntesis de cidos grasos, y en consecuencia, los niveles de
malonilCoA, disminuyen. La movilizacin de los triglicridos del tejido adiposo ocurre como
resultado de una alta relacin glucagon/insulina. El hgado puede ahora tomar estos cidos grasos ytransportarlos a la mitocondria. Debido a que el flujo de oxalacetato y malato es hacia la sntesis de
glucosa (porque est ocurriendo gluconeognesis), acetilCoA se acumula y es usada para la sntesis de
cuerpos cetnicos. A medida que el ayuno progresa, HMGCoA sintetasa, la enzima clave en la
sntesis de cuerpos cetnicos, se induce.
DEFICIENCIAS GENETICAS ASOCIADAS A LA DEGRADACION DE ACIDOS GRASOS
A.- Deficiencias en el transporte de carnitina o palmitoil carnitina
Alteraciones genticas a nivel del sistema enzimtico de la palmitoil carnitina (CPT), que transfiere
cidos grasos de cadena larga a traves de la membrana interna mitocondrial, resultan en un nmero depatologas en esta va metablica.
1. Deficiencia en Carnitina: Las deficiencias en carnitina resultan en una incapacidad de transportarcidos hacia la mitochondria para la oxidacin. Esto puede ocurrir en recin nacidos y
particularmente en bebs prematuros y tambin en pacientes que experimentan hemodialisis o
que presentan aciduria. Esta deficiencia puede manifestarse con sintomatologa sistmicas o
puede limitarse nicamente a los msculos. Los sntomas pueden variar desde ocasionales
calambres musculares leves al abatimiento severo o an la muerte. Se han descripto 2 categoras
distintas para esta patologa: primaria y secundaria. La deficiencia primaria en carnitina est
causada por un defecto en el transportador de alta afinidad presente en membrana plasmtica, es
tejidos tales como, msculo, rin, corazn y fibroblastos. Esto resulta en niveles
extremadamente bajos de carnitina tanto en los tejidos afectados como en el plasma (debido a la
falla del rin en absorber carnitina). Los muy bajos niveles de carnitina en msculo esqueltico
y estriado compromete seriamente la oxidacin de los cidos grasos de cadena larga. El
tratamiento se basa en la adminnistracin oral de carnitina.
La deficiencia secundaria en carnitina est asociada habitualmente con defectos hereditarios en la
va de -oxidacin, lo que lleva a una acumulacin de acilCoA y en consecuencia, deacilcarnitina. Este ltimo compuesto puede ser excretado en la orina.
2. Deficiencia en carnitina palmitoiltransferasa: La deficiencia ms comn resulta de mutaciones enel gen que codifica para CPT II, lo que lleva a una prdida parcial en la actividad de esta enzima.
Generalmente el paciente experimenta debilidad muscular durante el ejercicio prolongado,
momento en el cual la energa muscular se obtiene fundamentalmente de la oxidacin de loscidos grasos. Generalmente se observa mioglobinuria, por la degradacin muscular. Hay otro
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tipo de mutaciones que causan una prdida de la actividad CPT II ms severa, y puede tener
consecuencias ms severas en la infancia. Son precipitados por perodos de ayuno y presentan
hipoglucemia hipo-cetgenas.
3. Deficiencias en Acyl-CoA Dehydrogenasas: este defecto hereditario (autosomal recesivo) fue
descripto hace pocos aos y altera la -oxidacin de los cidos grasos en diferentes etapas delacortamiento de la cadena carbonada. La enzima afectada puede ser la VLCAD, LCAD, MCAD
o SCAD. En todos los casos las manifestaciones clnicas son siomilares.
La deficiencia en MCAD se manifiensta en los 2 primeros aos de vida despus de un ayuno de
ms de 12 horas. Los sntomas son: vmitos, letargo y frecuentemente coma, acompaado de
hipoglucemia hipocettica y aciduria decarboxlica. La ausencia de la cetosis, tpica del ayuno, se
debe a la incapacidad de producir -oxidacin heptica, lo que adems baja la gluconeognesis.En el msculo, como los 'cidos grasos no pueden ser utilizados como fuente de energa, se utiliza
glucgeno muscular, lo que acelera la hipoglucemia. La acumulacin de cidos grasos de cadena
mediana en los tejidos desva el metabolismo hacia vas altenativas como la -oxidacin y latransesterificacin con glicina o carnitina. Esta patologa puede detectarse mediante la medicin
de cidos grasos de cadena mediana o esteres de glicina y carnitina que aparecen en la orina. Lospacientes con esta deficiencia puede llevar una vida normal evitando los perodos de ayuno.
B.- Enfermedad de Refsum: si bien la -oxidacin es un proceso de menor importancia, desde elpunto de vista energtico, es un metabolismo significativo de las cidos grasos metilados que son
incorporados con la dieta. El principal ejemplo es el cido fitnico, el cual proviene del fitol , que es
forma parte de la clorofila. El cido ftico tambin se lo encuentra en la leche y grasas animales y
normalmente es metabolizado por una -hidroxilacin inicial seguido por dehidrogenacin ydecarboxilacin para luego continuar con una -oxidacin. Los productos finales de este metabolismoson: 3 propionil CoA, 3 acetilCoA, y 1 isobutirilCoA. En la enfermedad de Refsum el paciente no
presenta actividad enzimtica de -hidroxilacin y por lo tanto acumula grandes cantidades de cidoftico en tejidos y suero. Esto lleva a grandes problemas neurolgicos tales como retinitis pigmentosa,
neuropata perifrica, ataxia cerebelar y sordera. Se logra una reduccin de los sntomas neurolgicos
mediante una restriccin en la dieta de productos lcteos y carnes derivados de rumiantes.
C .- DESORDENES PERIXOSOMALES
ADRENOLEUCODISTROFIA:
La adrenoleucodistrofia describe cualquiera de varios trastornos hereditarios estrechamente
relacionados que involucran la degradacin de los cidos grasos de cadena larga. Estos trastornos
afectan las glndulas suprarrenales, el sistema nervioso y los testculos.
La adrenoleucodistrofia se trasmite como un rasgo ligado al cromosoma X (la forma neonatal se
presenta por transmisin autosmica recesiva) y afecta aproximadamente de 1 en 20.000 a 1 en
50.000 personas de todas las razas. Esta afeccin ocasiona la acumulacin de cidos grasos de cadena
larga (C22 C24) en el sistema nervioso, en las glndulas suprarrenales y en los testculos, lo
cual interrumpe la actividad normal. Existen siete formas reconocidas de la enfermedad. La formaneonatal aparece poco despus del nacimiento e incluye convulsiones y retraso en el desarrollo
neurolgico, presentndose la muerte en la niez o en la primera infancia. La forma cerebral
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infantil aparece en la mitad de la etapa de la niez (de 4-8 aos) y las otras formas aparecen durante la
adolescencia. Alrededor de un tercio de las personas afectadas desarrollan sntomas neurolgicos
y aproximadamente la mitad desarrollan un mal funcionamiento suprarrenal.
En la forma infantil, los primeros sntomas comprenden hiperactividad, dificultades en la escuela,
dificultades para comprender la comunicacin verbal, deterioro en la escritura, ojos cruzados o bizcos
(estrabismo) y posiblemente convulsiones. A medida que la enfermedad avanza, aparecen nuevossignos de dao a la sustancia blanca del cerebro que incluyen cambios en el tono muscular, rigidez y
deformidades por contractura, dificultades para deglutir y coma.
El otro componente principal de la forma infantil y de todas las otras formas de adrenoleucodistrofia
es el desarrollo de un deterioro muy significativo de la funcin suprarrenal similar a la enfermedad de
Addison. En este caso, se presenta una deficiencia muy significativa de hormonas esteroides que
puede tratarse en forma adecuada con corticosteroides.
Tratamiento: La disfuncin suprarrenal se trata con esteroides suplementarios tales como el cortisol.
No existe un tratamiento especfico disponible para la adrenoleucodistrofia. Sin embargo, una dieta
baja en cidos grasos de cadena larga y la administracin de aceites especiales, como el aceite deLorenzo (en honor del hijo de la familia quien descubri el tratamiento) han demostrado que reducen
los niveles sanguneos de dichos cidos. El aceite de Lorenzo es una mezcla de cido oleico (C18:1) y
cido erucico (C22:1). Con esta mezcla de cidos grasos moninsaturados se logra inhibir la sntesis de
acidos grasos saturados de cadena larga. Actualmente, este rgimen para el tratamiento de la
adrenoleucodistrofia est bajo evaluacin.