Procesos Clave de Biosíntesis y Metabolismo en Ciencias de la Salud

Biosíntesis de Ácidos Grasos

Este proceso involucra principalmente dos enzimas: Acetil-CoA carboxilasa y Ácido graso sintasa. Las elongaciones de la cadena se llevan a cabo en el Retículo Endoplasmático Liso (REL).

Requerimientos:

• CoA (Coenzima A)
• ATP (Adenosín trifosfato)
• NADPH (Nicotinamida adenina dinucleótido fosfato reducido)
• ACP (Proteína transportadora de acilos)
• Mn (Manganeso)
• Biotina

Se parte de Acetil-CoA y el producto final principal es el Palmitato.

Regulación:

• Suprimida por: Una dieta hipocalórica, hiperlipídica y la deficiencia de insulina. También por el AMPc (Adenosín monofosfato cíclico).
• Estimulada por: Una dieta rica en hidratos de carbono (especialmente sacarosa y fructosa).
• Hormonas reguladoras: Glucagón (inhibe), Insulina (estimula) y Adrenalina (inhibe).

Biosíntesis de Triglicéridos y Fosfolípidos

Para esta vía se utiliza:

• NADPH
• ATP
• CTP (Citidina trifosfato)

Se obtienen diversos productos importantes:

• Cardiolipina: Lípido característico de la membrana mitocondrial interna, especialmente en el corazón.
• Triglicéridos: Almacenados principalmente en los adipocitos como reserva energética.
• Colina: Precursor de neurotransmisores (acetilcolina) y fosfolípidos.
• PAF (Factor Activador de Plaquetas): Mediador lipídico con funciones en la inflamación y agregación plaquetaria.
• Intermediarios que pueden entrar a la glucólisis.
• Fosfatidilinositol: Fosfolípido de membrana importante en la señalización celular.

Biosíntesis de Ácidos Grasos Insaturados de Cadena Larga

Se logra gracias a dos tipos de enzimas:

• Desaturasas: Introducen dobles enlaces (insaturaciones) en la cadena del ácido graso.
• Elongasas: Alargan las cadenas de carbonos.

Los ácidos grasos esenciales (aquellos que no podemos sintetizar y debemos obtener de la dieta) dan origen a los eicosanoides (moléculas de 20 carbonos, C20). Estos comprenden:

• Prostaglandinas
• Tromboxanos
• Leucotrienos

Actúan como hormonas autocrinas y paracrinas, implicadas principalmente en la inflamación y el dolor.

• Leucotrienos: Causan edema y contracción del músculo liso (broncoconstricción).
• Prostaglandinas: Algunas son vasodilatadoras y antiagregantes plaquetarias.
• Tromboxanos: Son agregantes plaquetarios y vasoconstrictores, importantes en los procesos de coagulación.

Síntesis de Cuerpos Cetónicos

Ocurre en la mitocondria, principalmente en el hígado. Los cuerpos cetónicos son sustancias ácidas.

Requerimientos:

• NAD+ (Nicotinamida adenina dinucleótido)
• CoA

Son el segundo combustible principal del cuerpo después de la glucosa, especialmente durante el ayuno prolongado o dietas muy bajas en carbohidratos. Se produce una cetosis leve en ayuno.

Estados clínicos relacionados:

• Ketonemia: Presencia elevada de cuerpos cetónicos en sangre.
• Ketonuria: Presencia de cuerpos cetónicos en orina.
• Cetosis: Presencia de ketonemia y ketonuria.
• Cetoacidosis: Estado patológico grave donde la acumulación de cuerpos cetónicos disminuye significativamente el pH sanguíneo (ej. pH < 7.35, pudiendo llegar a 6.2 o menos en casos severos).

Colesterol

Es un lípido esteroide (polialcohol) de 27 carbonos, con una estructura característica de 4 anillos fusionados. Necesita transportadores en sangre llamados lipoproteínas:

• HDL (Lipoproteína de alta densidad)
• LDL (Lipoproteína de baja densidad)
• VLDL (Lipoproteína de muy baja densidad)
• IDL (Lipoproteína de densidad intermedia)

Se puede obtener por dos vías:

• Vía exógena: A través de la dieta.
• Vía endógena: Sintetizado principalmente por el hígado (aproximadamente 10% del total corporal) y el intestino (aproximadamente 15%).

Etapas de la Síntesis de Colesterol:

1. Acetil-CoA → Mevalonato
2. Mevalonato → Isopentenil pirofosfato
3. Isopentenil pirofosfato → Escualeno
4. Escualeno → Lanosterol
5. Lanosterol → Colesterol

Funciones del Colesterol:

• Estructural: Componente esencial de las membranas celulares, regula su fluidez.
• Precursor de Vitamina D.
• Precursor de Hormonas Esteroideas: Glucocorticoides, mineralocorticoides, hormonas sexuales (andrógenos y estrógenos).
• Precursor de Sales Biliares: Necesarias para la digestión y absorción de lípidos.
• Favorece la absorción de lípidos (a través de las sales biliares).

En ayuno, la síntesis de colesterol se reduce. El exceso de colesterol es liberado por la bilis; aproximadamente 1 gramo al día será excretado por las heces, parte como colesterol intacto y parte convertido a esteroides neutros (coprostanol). Las sales biliares se derivan de él (son sales sódicas y potásicas, polares) y se necesitan para la emulsión y metabolización de lípidos. Ejemplos: ácido taurocólico, glicocólico, desoxicólico, litocólico y glicoquenodesoxicólico. La Vitamina C interviene en su formación. El ácido litocólico es un ácido biliar secundario (generado por bacterias intestinales).

Las sales biliares son reabsorbidas eficientemente en los primeros 100 cm del intestino delgado (íleon terminal).

Metabolismo de Aminoácidos (aa)

Aminoácidos como la hidroxilisina y la hidroxiprolina (importantes en el colágeno) son funcionales a partir de los 6 años aproximadamente (tras modificaciones post-traduccionales).

Estas vías son reguladas por enzimas clave como las transaminasas (transferencia de grupos amino) y desaminasas (eliminación de grupos amino).

Se utilizan cofactores como NAD+ y NADP+.

Ciclo de la Urea

La urea es un compuesto químico nitrogenado, cristalino e incoloro, con la fórmula CO(NH2)2. Es el principal producto de excreción del nitrógeno en humanos.

Diariamente, se degrada del 1 al 2% de las proteínas corporales. Del total de aminoácidos liberados, del 75 al 80% se reutilizan para sintetizar nuevas proteínas, mientras que el nitrógeno del 20 al 25% restante forma urea.

Las proteínas con secuencias ricas en Prolina (P), Ácido Glutámico (E), Serina (S) y Treonina (T) (secuencias PEST) suelen tener una vida media corta y son las primeras en degradarse.

El nitrógeno se excreta principalmente por tres formas:

• Amoniaco (NH3): Muy tóxico, se convierte en urea.
• Ácido Úrico: Principal producto de excreción de nitrógeno en aves y reptiles, producto del catabolismo de purinas en humanos.
• Urea: Principal forma en mamíferos.

El ciclo de la urea consta de varias etapas enzimáticas que ocurren parte en la mitocondria y parte en el citosol de los hepatocitos (células del hígado), aunque el riñón también participa en menor medida.

Pasos generales relacionados con el manejo del nitrógeno:

1. Transaminación: Transferencia del grupo amino de un aminoácido a un cetoácido (usualmente α-cetoglutarato para formar glutamato).
2. Desaminación Oxidativa: Liberación del grupo amino del glutamato como amoniaco (NH4+), principalmente en la mitocondria hepática.
3. Transporte de Amoniaco: El amoniaco es transportado (en parte como glutamina) al hígado.
4. Reacciones del Ciclo de la Urea: El amoniaco se combina con CO2 y ornitina para entrar en el ciclo, pasando por intermediarios como la citrulina y la arginina, liberando finalmente urea y regenerando ornitina.

Un ser humano consume aproximadamente 300 gr de Hidratos de Carbono (HC), 100 gr de Lípidos (Ls) y 100 gr de Proteínas (Ps) al día. Excreta de 25 a 39 gr de urea en orina al día, lo que corresponde a unos 16.5 gr de Nitrógeno (N). El 95% del nitrógeno se excreta por la orina y el 5% por las heces.

Catabolismo de los Esqueletos Carbonados de los Aminoácidos:

Una vez que los aminoácidos pierden su grupo amino (que va al ciclo de la urea), sus esqueletos carbonados siguen dos destinos principales:

1. Se desaminan y el nitrógeno se va al ciclo de la urea.
2. Los esqueletos carbonados se reestructuran para convertirlos en algún intermediario del metabolismo central (ej. piruvato, acetil-CoA, intermediarios del ciclo de Krebs).

Enfermedades relacionadas con el metabolismo de aminoácidos:

• Alcaptonuria: Defecto en el metabolismo de tirosina/fenilalanina. Causa oscurecimiento de la orina al exponerse al aire y artritis.
• Enfermedad de la Orina de Jarabe de Arce (MSUD): Defecto en el metabolismo de aminoácidos de cadena ramificada (leucina, isoleucina, valina). Olor característico a jarabe de arce en la orina, retraso mental, mortal en el comienzo de la vida si no se trata.
• Fenilcetonuria (PKU): Defecto en la conversión de fenilalanina a tirosina. Acumulación de fenilalanina, olor dulce característico, retraso mental si no se trata con dieta específica.

Porfirinas

Son un grupo de compuestos orgánicos formados por anillos nitrogenados (anillos pirrólicos). Una porfirina típica contiene 4 anillos pirrólicos unidos por puentes metino. Pueden tener más de 20 átomos de nitrógeno en la estructura total (considerando sustituyentes). Tienen la capacidad de quelar (unirse a) un metal en el centro, por lo general Hierro (Fe).

HEM (una porfirina con Fe) + Globina (proteína) = Hemoglobina.

El macrófago es una célula del sistema inmune que fagocita y destruye los glóbulos rojos viejos, degradando el grupo HEM.

Bilirrubina

Es un pigmento biliar de color amarillo-rojizo que resulta de la degradación de la Hemoglobina (específicamente del grupo HEM) en los macrófagos.

Diariamente se producen de 250 a 300 mg de bilirrubina. En la sangre, la bilirrubina (no conjugada o indirecta) está ligada a la albúmina para su transporte al hígado, donde se conjuga (bilirrubina directa) y se excreta en la bilis.

Bases Nitrogenadas, Nucleósidos y Nucleótidos

• Purinas: Bases nitrogenadas con 2 anillos. Ejemplos: Adenina (A), Guanina (G).
• Pirimidinas: Bases nitrogenadas con 1 anillo. Ejemplos: Timina (T), Citosina (C), Uracilo (U). (T está en ADN, U en ARN).
• Nucleósido: Formado por 1 base nitrogenada + 1 azúcar pentosa (Desoxirribosa en ADN o Ribosa en ARN).
• Nucleótido: Formado por 1 base nitrogenada + 1 azúcar pentosa + 1 a 3 grupos fosfato. Son los monómeros de los ácidos nucleicos (ADN y ARN).

Apareamiento de bases: En ADN: A-T, G-C. En ARN: A-U, G-C.