Metabolismo de Lípidos y Carbohidratos: Procesos Clave y Regulación Hormonal

Eicosanoides y Gliceroles

Son ácidos grasos insaturados, como el ácido linoleico, araquidónico y linolénico.

Los ácidos grasos poliinsaturados (con dobles enlaces) no pueden ser completamente desaturados por el cuerpo. Una de las enzimas que interviene es la acil-CoA desaturasa (que desatura en el carbono 9). Los eicosanoides son cruciales para diversas funciones, no principalmente para la síntesis de energía.

Betaoxidación de Ácidos Insaturados

La betaoxidación de ácidos grasos insaturados requiere enzimas adicionales y CoA. Estos se convierten en intermediarios que pueden entrar en la betaoxidación convencional. Este proceso requiere un mayor gasto energético inicial. Se lleva a cabo en el retículo endoplasmático liso.

Importancia y Funciones

• Ácidos grasos esenciales: Son importantes en el desarrollo neurológico y visual.
• Integridad de las membranas celulares.
• Déficit de ácidos grasos: Puede causar alteraciones visuales, déficit cognitivo, mayor susceptibilidad a infecciones y neuropatía.
• Vía parenteral: Existe riesgo de déficit si la nutrición no incluye un aporte adecuado de lípidos.

Tipos de Eicosanoides

• Prostaglandinas: Encontradas en el plasma seminal.
• Leucotrienos: Producidos por leucocitos.
• Tromboxanos: Producidos por plaquetas.
• Lipoxinas: Actúan como hormonas locales con vida media corta. Intervienen en la coagulación, presión arterial, motilidad, tono uterino, fiebre, inflamación y dolor.

Prostaglandinas

Sintetizadas a partir del ácido araquidónico por las enzimas COX-1 y COX-2. Interfieren en la vasodilatación y vasoconstricción, y en la resolución de la inflamación mediante la modulación del dolor e hinchazón. En la fiebre, una infección estimula la liberación de COX-2 por el hipotálamo, que actúa como pirógeno.

Leucotrienos

Son potentes mediadores de la inflamación y la broncoconstricción. Son importantes en el asma y las reacciones alérgicas, actuando como antagonistas de los receptores.

Aspectos Clínicos

Los corticoides bloquean la formación de eicosanoides. El déficit de ácidos grasos se previene con una dieta balanceada. En los bebés, el síndrome de Zellweger (cerebro-hepato-renal) puede causar alteraciones a nivel del corazón por agrupación plaquetaria.

Acilgliceroles

Son derivados del glicerol con ácidos grasos esterificados. Se clasifican en:

• Triacilgliceroles (TAG): Función energética (ATP) y de reserva.
• Fosfoacilgliceroles: Formados por fosfolípidos, son componentes de las membranas.
• Cardiolipina: Fosfolípido exclusivo de la membrana interna mitocondrial.
• Esfingolípidos: Lípidos de membrana importantes en la señalización y reconocimiento celular.

Catabolismo de los Triacilgliceroles

Son la forma principal de almacenamiento de energía en los adipocitos y se degradan por lipólisis.

1. Lipólisis: Esta degradación, mediada por lipasas sensibles a hormonas, libera ácidos grasos y glicerol.
2. Ácidos Grasos (AG): Intervienen en la betaoxidación.
3. Glicerol: Se utiliza en la glucólisis y gluconeogénesis.

Su regulación es por activadores como el glucagón y la adrenalina, y es inhibida por la insulina.

Biosíntesis

• Biosíntesis de Triacilgliceroles: Ocurre en el hígado y tejido adiposo, regulada por la insulina, que es estimulada tras la comida.
• Biosíntesis de Fosfoacilgliceroles: Requiere de CDP-diacilglicerol o CDP-colina/etanolamina como intermediarios.
• Fosfolípidos importantes: La fosfatidilcolina, fosfatidiletanolamida y fosfatidilserina forman parte de las membranas y actúan como segundos mensajeros.
• Biosíntesis de Cardiolipina: Se sintetiza en la membrana mitocondrial interna a partir de CDP-diacilglicerol. Su función es mantener la integridad de la membrana mitocondrial y regular las enzimas de la cadena respiratoria. Su alteración se asocia con el Síndrome de Barth (miocardiopatía por déficit de cardiolipina).
• Biosíntesis de Lisolecitina: La lisofosfatidilcolina se forma por acción de la fosfolipasa A2 sobre la fosfatidilcolina. Participa en procesos inflamatorios y en el transporte de lípidos en las lipoproteínas.
• Biosíntesis de Esfingolípidos: Su base estructural es la esfingosina. Se forman a partir de la ceramida, que da lugar a las esfingomielinas y los glicoesfingolípidos.

Degradación y Recambio de Fosfolípidos

Se realiza mediante fosfolipasas para el recambio de membranas y la generación de mediadores. La Fosfolipasa A2 se encarga de la liberación de ácido araquidónico, mientras que la Fosfolipasa C genera segundos mensajeros en la señalización celular.

Metabolismo de los Glicoesfingolípidos

Incluyen los cerebrósidos, gangliósidos y globósidos. Sus funciones son el reconocimiento celular, actuar como receptores de toxinas y virus, y son componentes clave del sistema nervioso central. Su degradación ocurre en los lisosomas. Defectos enzimáticos en su degradación ocasionan enfermedades como la enfermedad de Gaucher, Niemann-Pick y Tay-Sachs, y se asocian con obesidad, diabetes, aterosclerosis e hígado graso.

Metabolismo del Colesterol

El colesterol es un lípido esteroide presente en las membranas celulares y es precursor de hormonas esteroideas, ácidos biliares, vitamina D3, cortisol, estrógenos, testosterona y aldosterona.

Origen del Colesterol

• Endógeno (70%): Sintetizado principalmente en el hígado e intestino, y también en la corteza suprarrenal y gónadas.
• Exógeno (30%): Obtenido de los alimentos y la dieta.

Funciones Principales

• Forma parte de las membranas para modular su fluidez.
• Actúa como precursor de diversas moléculas biológicas.
• Forma parte de las lipoproteínas plasmáticas.

Biosíntesis del Colesterol

Se origina en el citoplasma y el retículo endoplásmico liso de los hepatocitos y enterocitos. Cumple 5 etapas:

1. A partir del sustrato principal, Acetil-CoA, se forma mevalonato.
2. Formación de isoprenoides activos mediante reacciones de descarboxilación, que actúan como intermediarios.
3. Formación del escualeno mediante procesos de condensación.
4. Formación de lanosterol, un intermediario para formar el colesterol.
5. Formación de colesterol.

Se localiza principalmente en el hígado, que produce colesterol para exportar a otros tejidos.

Regulación de la Síntesis

La regulación se centra en la enzima HMG-CoA reductasa.

• Inhibición: El colesterol intracelular (retroalimentación negativa), el glucagón, el AMPc (en ayuno) y las estatinas (medicamentos como la atorvastatina) inhiben su actividad.
• Estimulación: La insulina y las hormonas tiroideas la estimulan.

También existe una regulación genética dependiente de los niveles de colesterol celular.

Transporte del Colesterol

Se transporta mediante lipoproteínas:

• Quilomicrones: Transportan lípidos desde el intestino a los tejidos.
• VLDL (Lipoproteínas de muy baja densidad): Transportan triglicéridos endógenos desde el hígado a los tejidos.
• LDL (Lipoproteínas de baja densidad): Llevan el colesterol a los tejidos periféricos. Se le conoce como “colesterol malo” por su efecto aterogénico.
• HDL (Lipoproteínas de alta densidad): Retiran el colesterol de los tejidos. Se le conoce como “colesterol bueno” por su efecto antiaterogénico.

Una vez formado, se empaqueta en triglicéridos que van al tejido adiposo.

Excreción

El colesterol no se degrada. En el hígado, se convierte en ácidos biliares y se excreta principalmente a través de las heces.

Patologías

La hipercolesterolemia, una concentración elevada de colesterol en sangre, aumenta el riesgo cardiovascular.

Metabolismo de los Carbohidratos

Conjunto de reacciones bioquímicas que permiten la obtención, almacenamiento y utilización de energía a partir de los carbohidratos (azúcares, almidones y polisacáridos).

Funciones

• Fuente primaria de energía: Se obtiene de la glucosa.
• Reserva energética: Se almacena como glucógeno.
• Precursores: Sirven para la síntesis de lípidos, aminoácidos y ácidos nucleicos (ARN y ADN).

Carbohidratos más Importantes

• Monosacáridos: Glucosa, fructosa, galactosa.
• Disacáridos: Sacarosa, lactosa, maltosa.
• Polisacáridos: Almidón y glucógeno.

Metabolismo del Almidón

Comienza en la boca, mezclándose con la amilasa salival, que produce hidrólisis para obtener dextrinas y maltosa. Pasa al intestino delgado, donde la amilasa pancreática continúa la degradación, obteniendo maltosa, maltotriosa y dextrinas. En el borde en cepillo intestinal, ciertas enzimas convierten estos productos en monosacáridos. La absorción de monosacáridos ocurre en el yeyuno: la glucosa y la galactosa por transporte activo, y la fructosa por difusión facilitada. Ambos mecanismos liberan los monosacáridos al torrente sanguíneo.

Vías Metabólicas de los Glúcidos

• Glucólisis: Degradación de glucosa para formar piruvato, generando ATP y NADH.
• Gluconeogénesis: Formación de glucosa nueva a partir de precursores no carbohidratos.
• Glucogénesis: Síntesis de glucógeno, la forma de almacenamiento de la glucosa.
• Glucogenólisis: Degradación del glucógeno para liberar glucosa-1-fosfato y glucosa libre.
• Vía de la pentosa-fosfato: Produce NADPH para procesos de reducción y ribosa-5-fosfato para la síntesis de ácidos nucleicos.
• Ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa: Oxidación completa del piruvato a dióxido de carbono y agua, con una gran producción de ATP.

Metabolismo del Glucógeno

La síntesis de glucógeno se lleva a cabo en el hígado y el músculo. Permite almacenar la glucosa como fuente energética de reserva. La degradación de esta reserva (glucogenólisis) tiene lugar en el hígado para mantener la glicemia (niveles de glucosa en sangre) y en el músculo para obtener energía local.

Regulación del Metabolismo del Glucógeno

Se realiza mediante hormonas:

• Insulina: Estimula la glucogénesis e inhibe la glucogenólisis.
• Glucagón y Adrenalina: Estimulan la glucogenólisis e inhiben la glucogénesis.

La regulación puede ser hormonal o mediada por metabolitos como el AMPc, que activa a las fosfatasas por degradación.

Glucogenosis (Enfermedades por Almacenamiento de Glucógeno)

• Tipo I (Enfermedad de Von Gierke): Déficit de glucosa-6-fosfatasa. Manifestaciones: hipoglicemia, acidosis láctica, hiperuricemia, renomegalia.
• Tipo II (Enfermedad de Pompe): Déficit de alfa-1,4-glucosidasa ácida (maltasa ácida). Acumulación de glucógeno en lisosomas. Manifestaciones: cardiomegalia, debilidad muscular, insuficiencia respiratoria. La forma infantil es mortal.
• Tipo III (Enfermedad de Cori o Forbes): Déficit de la enzima desramificante. Acumulación de glucógeno con ramificaciones cortas. Manifestaciones: hepatomegalia, hipoglicemia, debilidad muscular menos grave que el tipo I.
• Tipo V (Enfermedad de McArdle): Déficit de fosforilasa muscular. El músculo no puede degradar su glucógeno. Manifestaciones: intolerancia al ejercicio, calambres, fatiga, mioglobinuria. No hay hipoglucemia.
• Tipo IV (Enfermedad de Andersen): Déficit de la enzima ramificante. Afecta hígado, músculo, corazón y sistema nervioso. Manifestaciones: hepatomegalia progresiva, cirrosis hepática en la infancia, fallo hepático.
• Tipo VI (Enfermedad de Hers): Déficit de fosforilasa hepática. Disminución de la glucogenólisis hepática. Manifestaciones: hepatomegalia, hipoglicemia, crecimiento retardado en niños.
• Tipo VII (Enfermedad de Tarui): Déficit de fosfofructoquinasa muscular. Bloqueo en la glucólisis. Manifestaciones similares a McArdle, sin hipoglucemia.
• Tipo IX: Déficit de fosforilasa quinasa. Liberación ineficiente de glucosa durante el ayuno. Manifestaciones: hepatomegalia, hipoglicemia leve, retraso del crecimiento.

Regulación y Metabolismo de la Glucosa

La glucosa es la principal fuente de energía para las células del cuerpo, en especial para el cerebro, eritrocitos y médula renal. Proviene de dos fuentes:

• Exógena: De la digestión de alimentos. Se absorbe en el intestino delgado como glucosa, fructosa y galactosa. Llega al hígado por la vena porta, donde se usa como energía (glucólisis), se almacena como glucógeno (glucogénesis) o se convierte en grasa (lipogénesis).
• Endógena: Principalmente por glucogenólisis (degradación del glucógeno hepático) y gluconeogénesis (síntesis de glucosa nueva a partir de precursores no carbohidratos).

Concentración de Glucosa Sanguínea (Glicemia)

El valor normal en ayunas es de 70-100 mg/dL. Este equilibrio se mantiene por el ingreso (absorción intestinal y producción hepática) y el consumo (oxidación celular y almacenamiento).

Regulación Hormonal de la Glicemia

Insulina

Hormona hipoglicemiante secretada por las células beta del páncreas. Sus acciones son:

1. Aumenta la captación de glucosa en músculo y tejido adiposo.
2. Aumenta la glucogénesis en hígado y músculo.
3. Disminuye la glucogenólisis y la gluconeogénesis.
4. Aumenta la síntesis de lípidos y proteínas.
5. Disminuye la lipólisis y la cetogénesis.

Glucagón

Hormona hiperglicemiante secretada por las células alfa pancreáticas. Sus efectos son:

1. Estimula la glucogenólisis y la gluconeogénesis en el hígado.
2. Inhibe la glucogénesis y la síntesis de ácidos grasos.
3. Aumenta la liberación de glucosa a la sangre.

Cortisol

Secretado por la corteza suprarrenal, tiene tres efectos metabólicos:

1. Aumenta la gluconeogénesis hepática.
2. Disminuye la utilización periférica de la glucosa.
3. Aumenta el catabolismo proteico.

ACTH

Secretada por la adenohipófisis, estimula la secreción de cortisol y contribuye al aumento de la glucosa. Su exceso se asocia a la hiperglicemia del síndrome de Cushing.

Adrenalina

Secretada por la médula suprarrenal en situaciones de estrés o ejercicio. Sus efectos son:

1. Activa la glucogenólisis hepática y muscular.
2. Estimula la lipólisis en el tejido adiposo.
3. Inhibe la secreción de insulina.
4. Eleva rápidamente la glucosa sanguínea.

T3 y T4 (Hormonas Tiroideas)

Incrementan el metabolismo basal y la absorción intestinal de glucosa. Aumentan la utilización periférica de la glucosa y la sensibilidad a las catecolaminas. El hipertiroidismo puede causar tolerancia alterada a la glucosa.

Aspectos Clínicos

El metabolismo de la glucosa se altera en condiciones como el ayuno prolongado, la diabetes mellitus y la hipoglicemia en el embarazo. La prueba de tolerancia oral a la glucosa (PTOG) evalúa la capacidad del organismo para metabolizar la glucosa. El umbral renal para la glucosa es la capacidad de los túbulos renales para reabsorber la glucosa filtrada. En condiciones patológicas, este umbral puede disminuir (embarazo, daño tubular) o aumentar (nefropatías, envejecimiento).