El metabolismo de los lípidos , o metabolismo de los lípidos, es un proceso bioquímico y fisiológico complejo que ocurre en algunas células de los organismos vivos. En otras palabras, sustancias que son insolubles en agua, pero solubles en solventes orgánicos no polares [1] .
El metabolismo de los lípidos incluye los siguientes procesos:
El término " lípidos " combina sustancias que tienen una propiedad física común: hidrofobicidad, es decir, insolubilidad en agua. Sin embargo, actualmente tal definición no es del todo correcta debido a que algunos grupos (triacilgliceroles, fosfolípidos, esfingolípidos, etc.) se manifiestan como compuestos anfifílicos o anfifílicos, es decir, pueden disolverse tanto en sustancias polares (hidrofilicidad) como en no polar (hidrofobicidad). La estructura de los lípidos es tan diversa que no tienen una característica común de la estructura química. Los lípidos se dividen en clases, que combinan moléculas que tienen una estructura química similar y propiedades biológicas comunes.
La mayor parte de los lípidos en el cuerpo son grasas , triacilgliceroles , que sirven como una forma de almacenamiento de energía. Las grasas se localizan principalmente en el tejido adiposo subcutáneo y también cumplen funciones de aislamiento térmico y protección mecánica.
Los fosfolípidos son una gran clase de lípidos que reciben su nombre del residuo de ácido fosfórico que les da sus propiedades anfifílicas. Debido a esta propiedad, los fosfolípidos forman una estructura de membrana bicapa en la que se encuentran inmersas las proteínas. Las células o divisiones celulares rodeadas por membranas difieren en composición y conjunto de moléculas del ambiente, por lo que los procesos químicos en la célula están separados y orientados en el espacio, lo cual es necesario para la regulación del metabolismo.
Los esteroides , representados en el reino animal por el colesterol y sus derivados, realizan una variedad de funciones. El colesterol es un componente importante de las membranas y un regulador de las propiedades de la capa hidrofóbica. Los derivados del colesterol ( ácidos biliares ) son esenciales para la digestión de las grasas. Las hormonas esteroides sintetizadas a partir del colesterol están involucradas en la regulación de la energía, el metabolismo del agua y la sal y las funciones sexuales. Además de las hormonas esteroides, muchos derivados de lípidos realizan funciones reguladoras y actúan, como hormonas, en concentraciones muy bajas. Por ejemplo, un factor activador de plaquetas, un fosfolípido de estructura especial, tiene un fuerte efecto sobre la agregación de plaquetas en una concentración de 10-12 M; Los eicosanoides , derivados de ácidos grasos poliénicos, producidos por casi todos los tipos de células, causan una variedad de efectos biológicos en concentraciones de no más de 10-9 M. De los ejemplos anteriores, se deduce que los lípidos tienen una amplia gama de funciones biológicas.
En los tejidos humanos, la cantidad de diferentes clases de lípidos varía significativamente. En el tejido adiposo, las grasas constituyen hasta el 75% del peso seco. El tejido nervioso contiene lípidos hasta en un 50% del peso seco, siendo los principales fosfolípidos y esfingomielinas (30%), colesterol (10%), gangliósidos y cerebrósidos (7%). En el hígado, la cantidad total de lípidos normalmente no supera el 10-13%.
Los trastornos del metabolismo de los lípidos conducen al desarrollo de muchas enfermedades, pero dos de ellas son las más comunes entre las personas: la obesidad y la aterosclerosis .
La necesidad humana diaria de grasas es de 70-80 g, aunque su contenido en la dieta puede variar de 80 a 130 g.
El estómago contiene la enzima lipasa , que puede catalizar la descomposición de los triacilgliceroles. Sin embargo, el entorno óptimo para su acción es un entorno próximo a la neutralidad. Por lo tanto, la lipasa en el estómago de los adultos es prácticamente inactiva debido a los bajos valores de pH.
Sin embargo, en los niños la situación es algo diferente: el estómago de los niños al nacer tiene un ambiente cercano a la neutralidad (pH (promedio) = 5,5). Este fenómeno se debe al alimento principal de los niños: la leche (contiene proteínas y ácidos grasos (la cantidad de carbono es inferior a 14)). Por lo tanto, la enzima lipasa juega un papel clave en el metabolismo de los lípidos en los niños. .
En el duodeno, los alimentos se exponen a la bilis y al jugo pancreático. En la primera etapa, allí se produce la emulsificación de las grasas.
Las grasas constituyen hasta el 90% de los lípidos de la dieta . La digestión de las grasas ocurre en el intestino delgado, sin embargo, ya en el estómago , una pequeña parte de las grasas es hidrolizada por la acción de la " lengua lipasa " (lingual (Latin lingua - lengua) lipasa). Esta enzima es sintetizada por glándulas en la superficie dorsal de la lengua y es relativamente estable a pH gástrico ácido . Por lo tanto, actúa en 1-2 horas sobre las grasas de los alimentos en el estómago. Sin embargo, la contribución de esta lipasa a la digestión de grasas en humanos adultos es insignificante. El principal proceso de digestión tiene lugar en el intestino delgado .
Dado que las grasas son compuestos insolubles en agua, pueden estar expuestas a la acción de enzimas disueltas en agua solo en la interfase agua/grasa. Por tanto, la acción de la lipasa pancreática , que hidroliza las grasas, está precedida por la emulsificación de las grasas . La emulsificación (mezcla de grasa con agua) ocurre en el intestino delgado bajo la acción de las sales biliares . Los ácidos biliares son principalmente conjugados: taurocólico , glucocólico y otros ácidos.
Cuando los alimentos ingresan al estómago y luego a los intestinos , las células de la membrana mucosa del intestino delgado comienzan a secretar la hormona peptídica colecistoquinina (pancreozima) a la sangre . Esta hormona actúa sobre la vesícula biliar , estimulando su contracción, y sobre las células exocrinas del páncreas, estimulando la secreción de enzimas digestivas , entre ellas la lipasa pancreática . Otras células de la membrana mucosa del intestino delgado secretan la hormona secretina en respuesta a la ingesta de contenidos ácidos del estómago. La secretina es una hormona peptídica que estimula la secreción de bicarbonato (HCO 3 - ) en el jugo pancreático .
La digestión anormal de las grasas puede deberse a varias razones. Uno de ellos es una violación de la secreción de bilis de la vesícula biliar con una obstrucción mecánica a la salida de la bilis. Esta condición puede ser el resultado del estrechamiento del conducto biliar por cálculos que se forman en la vesícula biliar, o la compresión del conducto biliar por un tumor que se desarrolla en los tejidos circundantes. Una disminución en la secreción de bilis conduce a una violación de la emulsificación de las grasas dietéticas y, en consecuencia, a una disminución en la capacidad de la lipasa pancreática para hidrolizar las grasas.
La violación de la secreción de jugo pancreático y, en consecuencia, la secreción insuficiente de lipasa pancreática también conduce a una disminución en la tasa de hidrólisis de las grasas. En ambos casos, una violación de la digestión y absorción de grasas conduce a un aumento en la cantidad de grasa en las heces: se produce esteatorrea (heces grasas). Normalmente, el contenido de grasa en las heces no supera el 5%. Con esteatorrea, la absorción de vitaminas liposolubles (A, D, E, K) y ácidos grasos esenciales se ve afectada, por lo tanto, con esteatorrea a largo plazo, se desarrolla una deficiencia de estos factores nutricionales esenciales con los síntomas clínicos correspondientes. En caso de violación de la digestión de las grasas, las sustancias de naturaleza no lipídica también se digieren mal, ya que la grasa envuelve las partículas de alimentos e impide la acción de las enzimas sobre ellas .
La mayor parte de los lípidos absorbidos en el intestino delgado participa en la resíntesis de triacilgliceroles. Para esto, enzimas especiales trabajan en el retículo endoplásmico de los enterocitos.
Factores que afectan la absorción de lípidosEl catabolismo de lípidos es la totalidad de todos los procesos catabólicos de lípidos , incluyendo varias etapas:
La lipólisis es un proceso catabólico, cuyo resultado es la descomposición de las grasas , que se produce bajo la acción de la enzima lipasa .
El proceso de β-oxidación de ácidos grasos superiores (HFA) consta de los siguientes pasos:
Aunque la β-oxidación es más característica de los ácidos grasos, también ocurren otros dos tipos de oxidación: α- y ω-oxidación. La oxidación de ácidos grasos de cadena larga a 2-hidroxiácidos y luego a ácidos grasos con un átomo de carbono menos que en el sustrato original se ha demostrado en microsomas cerebrales y otros tejidos, así como en plantas. Los 2-hidroxiácidos de cadena larga son componentes de los lípidos cerebrales .
Aproximadamente la mitad de los ácidos grasos en el cuerpo humano son insaturados. La β-oxidación de estos ácidos procede de la forma habitual hasta que el doble enlace se encuentra entre el tercer y cuarto átomo de carbono. La enzima enoil-CoA isomerasa luego mueve el doble enlace de la posición 3-4 a la posición 2-3 y cambia el doble enlace de cis a trans, que se requiere para la β-oxidación. En este ciclo de β-oxidación, la primera reacción de deshidrogenación no ocurre, ya que el doble enlace en el radical de ácido graso ya está presente. Además, los ciclos de β-oxidación continúan, sin diferir del camino habitual.
Violación de la transferencia de ácidos grasos a las mitocondrias.
La tasa de transferencia de ácidos grasos a las mitocondrias y, por lo tanto, la tasa del proceso de oxidación β, depende de la disponibilidad de carnitina y de la tasa de la enzima carnitina aciltransferasa I.
La β-oxidación puede verse alterada por los siguientes factores:
Durante el ayuno prolongado , los cuerpos cetónicos se convierten en la principal fuente de energía para el músculo esquelético , el corazón y los riñones . Así, la glucosa se almacena para su oxidación en el cerebro y los glóbulos rojos . Ya 2-3 días después del inicio del ayuno, la concentración de cuerpos cetónicos en la sangre es suficiente para que pasen a las células cerebrales y se oxiden, reduciendo su necesidad de glucosa.
El oxígeno, necesario para el cuerpo para el funcionamiento de CPE y muchas otras reacciones, también es una sustancia tóxica si se forman las llamadas formas activas a partir de él.
Las especies reactivas de oxígeno incluyen:
La lipogénesis es el proceso de síntesis de ácidos grasos , cuya fuente principal son los carbohidratos .
Con los alimentos, una variedad de ácidos grasos, incluidos los esenciales, ingresan al cuerpo. Una parte importante de los ácidos grasos esenciales se sintetiza en el hígado , en menor medida, en el tejido adiposo y en la glándula mamaria lactante . La fuente de carbono para la síntesis de ácidos grasos es la acetil-CoA , que se forma durante la descomposición de la glucosa en el período de absorción. Así, el exceso de hidratos de carbono que entran en el organismo se transforman en ácidos grasos, y luego en grasas .
Todos los cuerpos cetónicos se originan a partir de acetoacetil-CoA, que se forma por la condensación de 2 moléculas de acetil-CoA en forma de cabeza a cola. La reacción de condensación tiene lugar en las mitocondrias. En el hígado, el acetoacetil-CoA interactúa con otra molécula de acetil-CoA y se convierte en HOMG-CoA, un intermediario importante para la síntesis de colesterol y esteroides.
El organismo obtiene los ácidos grasos de los alimentos ya través de la lipogénesis a partir de la acetil-CoA , que se forma a partir de los hidratos de carbono y determinados aminoácidos . La composición de la mezcla de ácidos grasos de la dieta varía mucho en cuanto al grado de insaturación y la longitud de la cadena. La lipogénesis en animales superiores incluye solo la formación de palmitato, a partir del cual se forman otros ácidos saturados y monoinsaturados. A partir de la mezcla de ácidos grasos disponibles en el hígado del animal, se forma un conjunto de ácidos grasos característicos de esta especie; sin embargo, la naturaleza de los ácidos grasos sintetizados también se ve afectada por la dieta. Los procesos de utilización de los ácidos grasos de la dieta incluyen el acortamiento y alargamiento del esqueleto carbonado, así como la introducción de un doble enlace .
Los fosfolípidos realizan una serie de funciones biológicas importantes. Como la mayoría de los lípidos polares, son compuestos anfifílicos que tienen grupos hidrofóbicos e hidrofílicos . Algunos fosfolípidos , como la fosfatidilcolina, son iones dipolares con grupos catiónicos y aniónicos y son componentes principales de los sistemas de membrana celular. Por ejemplo, en una fibra nerviosa mielinizada, los fosfolípidos y los cerebrósidos constituyen aproximadamente el 60 % del peso seco.
Entre los lípidos corporales, los fosfolípidos se distribuyen de manera desigual. Las fuentes ricas en fosfolípidos son los lípidos tisulares de varias glándulas, especialmente el hígado , así como el plasma sanguíneo, donde pueden representar hasta la mitad de todos los lípidos. Los fosfolípidos también son los lípidos predominantes en las yemas de huevo de aves y las semillas de legumbres. El metabolismo de varios fosfolípidos en ciertos lugares del cuerpo animal se estudió utilizando varios isótopos, con mayor frecuencia 32 R. La vida media de estos lípidos varía desde menos de un día para la fosfatidilcolina del hígado hasta más de 200 días para la fosfatidiletanolamina del cerebro .
El colesterol es el esteroide principal en el cuerpo animal. En un adulto, el contenido de colesterol es de 140 a 150 g Aproximadamente el 93% del esteroide forma parte de las membranas y el 7% está en los fluidos corporales. El colesterol aumenta la microviscosidad de las membranas y reduce su permeabilidad al H 2 O ya las sustancias solubles en agua. En la sangre se presenta en forma de colesterol libre, que se incluye en la coraza de las lipoproteínas , y sus ésteres, que junto con los TAG , componen el contenido interno de estas partículas. El contenido de colesterol y sus ésteres en quilomicrones es ~5%, en VLDL ~10%, en LDL ~50-60% y en HDL ~20-30%. La concentración de colesterol en el suero sanguíneo de un adulto es normalmente ~ 200 mg/dl o 5,2 mmol/l, lo que corresponde al equilibrio del colesterol, cuando la cantidad de colesterol que ingresa al cuerpo es igual a la cantidad de colesterol excretado del cuerpo. Si la concentración de colesterol en la sangre es más alta de lo normal, esto indica su retención en el cuerpo y es un factor de riesgo para el desarrollo de aterosclerosis .
El colesterol es el precursor de todos los esteroides animales:
El equilibrio del colesterol se mantiene debido a que, por un lado, el colesterol proviene de los alimentos (~ 0,3-0,5 g/s) y se sintetiza en el hígado u otros tejidos (~ 0,5 g/s), y por otro , se excreta de las heces en forma de ácidos biliares , colesterol biliar , productos del catabolismo de hormonas esteroides , con sebo, como parte de las membranas del epitelio descamado (~ 1,0 g/s)
Los eicosanoides, incluidas las prostaglandinas , los tromboxanos , los leucotrienos y otras sustancias, son reguladores muy activos de las funciones celulares. Tienen un T 1/2 muy corto , por lo tanto, actúan como "hormonas de acción local", afectando el metabolismo de la célula que las produce por el mecanismo autocrino, y en las células circundantes - por el mecanismo paracrino. Los eicosanoides están involucrados en muchos procesos: regulan el tono de las células del músculo liso y, como resultado, afectan la presión arterial , el estado de los bronquios , los intestinos y el útero. Los eicosanoides regulan la secreción de agua y sodio por los riñones, afectan la formación de coágulos sanguíneos. Distintos tipos de eicosanoides están implicados en el desarrollo del proceso inflamatorio que se produce tras una lesión tisular o una infección. Tales signos de inflamación como dolor, hinchazón, fiebre, se deben en gran parte a la acción de los eicosanoides. La secreción excesiva de eicosanoides conduce a una serie de enfermedades, como asma bronquial y reacciones alérgicas .
El principal sustrato para la síntesis de eicosanoides es el ácido araquidónico (ω-6-eicosatetraenoico) que contiene 4 dobles enlaces en los átomos de carbono (5, 8, 11, 14). Puede ser ingerido o sintetizado a partir del ácido linoleico . En pequeñas cantidades, el ácido ω-6-eicosatrienoico con tres dobles enlaces (5, 8, 11) y el ácido ω-3-eicosapentaenoico, que tiene 5 dobles enlaces en las posiciones 5, 8, 11, 14, se pueden usar en pequeñas cantidades. para la síntesis de eicosanoides, 17. Ambos ácidos eicosanoicos menores provienen de los alimentos o se sintetizan a partir de los ácidos oleico y linolénico, respectivamente.
La síntesis de leucotrienos sigue un camino diferente al de la síntesis de prostaglandinas y comienza con la formación de hidroxiperóxidos - hidroperóxido deicosatetraenoatos (HPETE). Estas sustancias se reducen para formar hidroxieicosatetroenoatos (HETE) o se convierten en leucotrienos o lipoxinas. GETE difieren en la posición del grupo hidroxilo en el átomo de carbono 5, 12 o 15, por ejemplo: 5-GETE, 12-GETE.
Las lipoxinas (por ejemplo, la lipoxina A 4 básica ) incluyen 4 enlaces dobles conjugados y 3 grupos hidroxilo.
La síntesis de las lipoxinas comienza con la acción de la 15-lipoxigenasa sobre el ácido araquidónico , luego ocurren una serie de reacciones que conducen a la formación de la lipoxina A 4
La sustancia de reacción lenta en la anafilaxia (MPR-A) es una mezcla de leucotrienos C 4 , D 4 y E 4 . Esta mezcla es 100-1000 veces más eficaz que la histamina o las prostaglandinas para provocar la contracción del músculo liso bronquial. Estos leucotrienos, junto con la leucotrina B 4 , aumentan la permeabilidad de los vasos sanguíneos y provocan la entrada y activación de los leucocitos, y también son reguladores importantes en muchas enfermedades que cursan con procesos inflamatorios o reacciones alérgicas rápidas (por ejemplo, en el asma bronquial ).
Aunque la acción de todos los tipos de eicosanoides no se comprende completamente, hay ejemplos del uso exitoso de medicamentos, análogos de eicosanoides para el tratamiento de diversas enfermedades. Por ejemplo, los análogos de PG E 1 y PG E 2 suprimen la secreción de ácido clorhídrico en el estómago al bloquear los receptores de histamina tipo II en las células de la mucosa gástrica . Estos medicamentos, conocidos como bloqueadores H2 , aceleran la cicatrización de las úlceras gástricas y duodenales . La capacidad de PG E 2 y PG F 2 α para estimular la contracción del músculo uterino se utiliza para inducir el parto .
Los esfingolípidos son derivados de la ceramida resultantes de la combinación del amino alcohol esfingosina y un ácido graso . El grupo de los esfingolípidos incluye esfingomielinas y glicoesfingolípidos .
Las esfingomielinas se encuentran en las membranas celulares de varios tejidos, pero su mayor cantidad se encuentra en el tejido nervioso. Las esfingomielinas de las vainas de mielina contienen principalmente ácidos grasos de cadena larga: ácidos lignocérico y nervónico, mientras que la esfingomielina de la materia gris del cerebro contiene predominantemente ácido esteárico .
Los lisosomas contienen enzimas que pueden hidrolizar cualquier componente celular. Estas enzimas se llaman hidrolasas ácidas porque son activas en un ambiente ácido.
En condiciones de balance calórico positivo, una parte significativa de la energía potencial de los alimentos se almacena en forma de glucógeno o energía grasa . En muchos tejidos, incluso con una nutrición normal, sin mencionar estados de déficit calórico o inanición, los ácidos grasos se oxidan predominantemente, y no la glucosa . El motivo de esto es la necesidad de almacenar glucosa para aquellos tejidos (por ejemplo, para el cerebro o los glóbulos rojos ) que la necesitan constantemente. Por lo tanto, los mecanismos reguladores, que a menudo involucran hormonas, deben garantizar que todos los tejidos reciban constantemente el combustible adecuado tanto en condiciones normales de nutrición como de inanición. Una falla en estos mecanismos ocurre cuando hay un desequilibrio hormonal (por ejemplo, en condiciones de falta de insulina en la diabetes ), cuando el metabolismo se altera durante un período de lactancia intensiva (por ejemplo, durante la cetosis en el ganado) o debido a un aumento en procesos metabólicos durante el embarazo (por ejemplo, durante la toxicosis del embarazo en ovejas). Tales condiciones son anomalías patológicas en el síndrome de ayuno; se observa en muchas enfermedades acompañada de una disminución del apetito.
Esta enfermedad genética relativamente rara se caracteriza por la ausencia de una densidad plasmática de lipoproteínas β inferior a 1,063 y se asocia con una intensa desmielinización de las fibras nerviosas. Apo-B está ausente del plasma, al igual que quilomicrones , VLDL y LDL . El nivel de triacilgliceroles y colesterol plasmático es muy bajo. Esto indica la necesidad de apo-B para la absorción, síntesis y transporte normales de triacilgliceroles y colesterol desde el intestino y el hígado . Los lípidos se acumulan en las células de la membrana mucosa de las vellosidades intestinales , mientras que se observa acantocitosis , una deformación esférica de los glóbulos rojos. Más del 80% de los eritrocitos son acantocitos o, como se les llama, eritrocitos aserrados (del griego akantha - diente, espiga).
La ingesta calórica inadecuada también puede conducir a la desaparición completa del tejido adiposo de los depósitos subcutáneos y omentales. Esto puede ocurrir con tumores o una enfermedad infecciosa crónica, con desnutrición o con trastornos metabólicos como diabetes o agrandamiento de la glándula tiroides . En experimentos, se ha demostrado que el daño a ciertas áreas del hipotálamo causa anorexia incluso en un animal previamente hambriento. Para la anorexia, en cuyo origen importa el componente psicógeno, se utiliza el término " anorexia nerviosa " ( anorexia nerviosa ).
Si bien la pérdida de lípidos corporales en la enfermedad de la tiroides se debe en parte a la movilización excesiva de lípidos de reserva, una causa importante de la caquexia en la inanición, la deficiencia de tiamina o la diabetes es la capacidad reducida del cuerpo para sintetizar ácidos grasos a partir de precursores de carbohidratos.
La aterosclerosis (del griego ἀθέρος - paja, gachas + σκληρός - dura, densa) es una enfermedad crónica de las arterias de tipo elástico y musculo-elástico, que se produce como resultado de una violación del metabolismo de los lípidos y se acompaña de la deposición de colesterol y algunas fracciones de lipoproteínas en la íntima de los vasos. Los depósitos se forman en forma de placas de ateroma. La posterior proliferación de tejido conectivo en ellos ( esclerosis ) y la calcificación de la pared del vaso conducen a la deformación y estrechamiento de la luz hasta la obliteración (bloqueo). Es importante distinguir la aterosclerosis de la arteriosclerosis de Menckeberg, otra forma de lesiones escleróticas de las arterias, que se caracteriza por el depósito de sales de calcio en la membrana media de las arterias, la difusión de la lesión (ausencia de placas ), el desarrollo de aneurismas (en lugar de bloqueo) de los vasos. La aterosclerosis de los vasos conduce al desarrollo de enfermedades coronarias .
Mecanismos moleculares de la patogenia de la aterosclerosisTaganovich y otros Química biológica. - Minsk: Escuela Superior, 2013. - ISBN 978-985-06-2321-8 .