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Bioquímica

Universidad Nacional Mayor de San Marcos Facultad de Farmacia y Bioquímica E.A.P Ciencias de los alimentos

Asignatura de Bioquímica

Metabolismo de lipidos PhD. Christian Solís Calero [email protected] Facultad de Farmacia y Bioquímica- UNMSM, Junio 2019

Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

Bioquímica

AGENDA • Introducción • Lipidos • Catabolismo de lipidos • Anabolismo de lípidos • Integración del metabolismo • Relación con la industria alimentaria Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

Bioquímica

INTRODUCCION

Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

Bioquímica

Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

Bioquímica

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Bioquímica

Balance energético en la cadena respiratoria

A) 2NADH 4e- O2 H 2O 20 H+ 6 ATP

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B) 2 FADH2 4 e- O2 12 H+ 4 ATP

H 2O

Bioquímica

LIPIDOS

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Bioquímica

Los lípidos son un conjunto de moléculas orgánicas (la mayoría biomoléculas), que están constituidas principalmente por carbono e hidrógeno y en menor medida por oxígeno. También pueden contener fósforo, azufre y nitrógeno. Estas moléculas comparten la característica de ser hidrofóbicoas, y solubles en solventes orgánicos

Moleculas hidrofílicas Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

Moleculas hidrofóbicas

Bioquímica

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Bioquímica

Clasificación de lipidos

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Bioquímica

Lipidos saponificables

Triacilglicerido NaOH

Glicerol

Na

3 ácidos grasos

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Bioquímica

Lipidos saponificables

Quilomicrón

Glicerofosfolípido Glicerolípido Esfingolípido Ácido graso

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Adipocitos

Bioquímica

Estructura de un quilomicrón

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Bioquímica

Lipidos saponificables

Fosfolipidos

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Bioquímica

Lipidos saponificables

Fosfolipidos

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Bioquímica

Lípidos no saponificables

Colesterol

Vitamina D2

α-Tocoferol (vitamina E) Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

Derivados de isopreno

Bioquímica

FUNCION BIOLÓGICA

1. Combustible molecular

2. Bloque de construcción

3. Aislante térmico

4. Funciones especiales

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Bioquímica

Los camellos almacenan grasa en sus jorobas y lo usan como fuente de energía

Las focas almacenan grasas para permanecer a 37 oC en el agua y como Fuente de energía

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Bioquímica

RESUMEN DEL METABOLISMO DE LIPIDOS

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Bioquímica Degradación

de ácidos grasos

Grupo acil activado

Oxidación

Síntesis de ácidos grasos

Grupo acilo activado (incrementado en su longitud por dos átomos de carbono)

Reducción Hidratación Deshidratación

Oxidación Reducción

Clivaje

Grupo acilo activado

Grupo acetilo

(acortado por dos activado átomos de carbono) Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

Condensación

Grupo acil activado

Grupo malonil activado

Bioquímica

Catabolismo de lipidos

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Bioquímica

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Bioquímica Degradación

de ácidos grasos

Grupo acil activado

Oxidación

Síntesis de ácidos grasos

Grupo acilo activado (incrementado en su longitud por dos átomos de carbono)

Reducción Hidratación Deshidratación

Oxidación Reducción

Clivaje

Grupo acilo activado

Grupo acetilo

(acortado por dos activado átomos de carbono) Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

Condensación

Grupo acil activado

Grupo malonil activado

Bioquímica

1. Lipolisis: Los triacilglicéridos se degradan a ácidos grasos y glicerol, que se liberan desde el tejido adiposo y se transportan a los tejidos que requieren Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. energía 2019

2. En estos tejidos, los ácidos grasos deben activarse y transportarse al interior de la mitocondria para su degradación

Bioquímica β-oxidación

3. En su degradación, los ácidos grasos se descomponen de manera secuencial en acetil-CoA, que posteriormente se procesa en el ciclo del ácido cítrico.

Ciclo de krebs

Cadena de transporte de electrones y fosoforilación oxidátiva

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Bioquímica

1. Lipolisis:

- Inducida por las hormonas adrenalina, noradrenalina, glucagón y hormona adrenocorticotrópica - Inhibida por la hormona insulina Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

1. Lipolisis

Bioquímica

Digestión y absorción

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Bioquímica

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Bioquímica

1. Lipolisis

Triacilglicerido

Glicerol

Ácidos grasos

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La albúmina presente en el suero actúa como portador de los ácidos grasos, de modo que pasen por la sangre y puedan ser accesibles a otros tejidos

Bioquímica

Lipasa pancreática

Triglicerido

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Monoglicerido

Ácidos grasos

Bioquímica

Intermediario Acil-Enzima

A

B

D

C

Mecánismo de hidrólisis de un enlace éster por lipasas. Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

Bioquímica

2. Activación y transporte de los ácidos grasos a la mitocondria

Ácido graso

Ácil-adenilato (enzima unido)

Ácil-CoA

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1.El ácido graso reacciona con ATP para formar un aciladenilato, anhídrido mixto donde el grupo carboxilo del ácido graso esta enlazado al grupo fosforilodel AMP, y pirofosfato. Esta molécula permanece fuertemente unida al enzima. 2.El grupo sulfhidrilo del CoA ataca entonces al aciladenilato para formar acil-CoAy AMP.

Bioquímica

2. Activación y transporte de los ácidos grasos a la mitocondria La reacción es reversible (se rompe un enlace de alta energía (entre PPiy AMP) y se forma otro enlace equivalente energéticamente (el enlace tioester del acil-CoA), pero la reacción global es impulsada hacia la formación de acil-CoA por la hidrólisis del pirofosfato mediante una pirofosfatasa: ATP

AMP + PPi ∆Go´= -32.3 KJ mol-1

Acido graso + CoA-SH

Acil-CoA ∆Go´= +31.5 KJ mol-1

Pirofosfatasa

Obs: ATP

AMP + 2 P

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PPi

2P ∆Go´= -33.6 KJ mol-1

es equivalente a 2 ATP

2 ADP + 2 P

Bioquímica

2. Activación y transporte de los ácidos grasos a la mitocondria

Una vez activado el ácido graso debe ser transportado al interior de la mitocondria para ser oxidado: •Los ácidos grasos de cadena corta son transportados directamente a la matriz mitocondrial, •Los ácidos grasos de cadena larga necesitan un mecanismo de transporte especial para pasar a través de la membrana interna mitocondrial: conjugación a carnitina

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Bioquímica

2. Activación y transporte de los ácidos grasos a la mitocondria

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Bioquímica

3. Degradación oxidativa de los ácidos grasos (β-oxidación) Una vez en la matriz mitocondrial, las moléculas de acil-CoA son degradadas mediante una secuencia repetitiva de cuatro reacciones : 1.Oxidación por FAD 2.Hidratación 3.Oxidación por NAD 4.Tiolisis por CoA Como resultado de estas reacciones, la cadena del ácido graso se recorta en dos carbonos y se genera FADH2, NADH+H+ y Acetil-CoA. +

Esta serie de reacciones se conoce como β-oxidación porque la oxidación tiene lugar en el carbono β. Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

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3. Degradación oxidativa de los ácidos grasos (β-oxidación) nº de series de = (nº de carbonos) – 1 ß-oxidación 2

A) 2NADH 4e- O2 H2O 20 H+ 6 ATP B) 2 FADH2 4 e- O2 12 H+ 4 ATP

¿Cuántos ATP genera un ácido graso de 10 carbonos?

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H2O

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ß-oxidación del ácido palmítico: balance Reacción global de una serie de ß-oxidación para el ácido palmítico (16:0) activado: Palmitoil-CoA + FAD + H2O + NAD++ CoA → miristoil-CoA + FADH2 + NADH + H++ acetil-CoA El miristoil-CoA (14:0) sigue otra secuencia de ß-oxidación y así sucesivamente hasta que todos los carbonos del ácido graso de partida hayan salido en forma de acetil-CoA. El total del nº de series de ß-oxidación es: nº de series de ß-oxidación = (nº de carbonos/2) – 1 Para el palmitoil-CoA habrá 7 series de ß-oxidación con la siguiente reacción global:

Palmitoil-CoA + 7 FAD + 7 H2O + 7 NAD++ 7 CoA → 8 acetil-CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+ Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

Bioquímica

Problema 1

¿Cuanta energía en forma de ATP se obtiene en la oxidación completa del ácido palmítico a dióxido de carbono y agua? Solución

16 carbonos

Reacciones: Reacción de activación Reacciones de β-oxidación

ATP AMP + PPi Acido palmítico + CoA-SH Palmitoil-CoA

nº de series de ß-oxidación = (nº de carbonos/2) – 1= 16/2-1 = 7 Palmitoil-CoA + 7 FAD + 7 H2O + 7 NAD++ 7 CoA 8 acetil-CoA + 7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+ Reacción de Ciclo de Krebs Acetil-CoA + 3 NAD+ + FAD + GDP + Pi + H2O 2 CO2 + CoA-SH + 3 NADH+ 3 H+ + FADH2 + GTP Reacciones de cadena de transporte electrónico/Fosforilación oxidátiva 2NADH 2 FADH

4e4 e-

Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019 2

O2 O2

H2O H2O

20 H+

6 ATP

12 H+

4 ATP

Bioquímica

Balance de NADH y FADH2 B-oxidación

7 FADH2 + 7 NADH + 7 H+

8 Ciclos de Krebs (por acetil-CoA) 24 NADH+ 24 H+ + 8 FADH2 Total:

31 NADH+ 31 H+ + 15 FADH2

Balance de ATP Reacción de activación

- 2 ATP

8 Ciclos de Krebs (por acetil-CoA) 8 ATP Reacciones de cadena de transporte electrónico/Fosforilación oxidátiva 31 NADH

62 e-

31/2 O2

31/2 H2O

310 H+

15 FADH2

30 e-

15/2 O2

15/2 H2O

90 H+

Total:

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129 ATP

93 ATP 30 ATP

Bioquímica

Problema 2

¿Cuanta energía en forma de ATP se obtiene en la oxidación completa del ácido esteárico a dióxido de carbono y agua?

Solución

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Bioquímica

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Bioquímica

ß-oxidación mitocondrial de ácidos grasos de cadena impar

Ciclo de Krebs Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

Bioquímica

Problema 3

¿Cuanta energía en forma de ATP se obtiene en la oxidación completa del ácido margárico a dióxido de carbono y agua?

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Bioquímica

ß-oxidación mitocondrial de ácidos grasos poliinsaturados

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Bioquímica

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Bioquímica

ß-oxidación mitocondrial de ácidos grasos poliinsaturados

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Bioquímica

Problema 4

¿Cuanta energía en forma de ATP se obtiene en la oxidación completa del ácido linoleico a dióxido de carbono y agua?

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Bioquímica

Formación de cuerpos cetónicos

En condiciones de ayuno el hígado forma aceto-acetato y βhidroxibutirato a partir del acetil-CoA formado tras la oxidación de ácidos grasos. - Permite la liberación de SH-CoA para que continue la β-oxidación. - Estos cuerpos cetónicos se transportan por la sangre a otros tejidos que los oxidarán por el ciclo del ácido cítrico para producir energía. - Un exceso de cuerpos cetónicos en sangre causa acidosis (diabetes). Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

Bioquímica

Formación de cuerpos cetónicos

Hígado Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

Musculo

Bioquímica

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Bioquímica

Anabolismo de lipidos

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Bioquímica

RESUMEN DEL METABOLISMO DE LIPIDOS

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Bioquímica

Síntesis de Ácidos grasos

Secuencia cíclica de 4 pasos que va incorporando grupos acetilos como acetil-CoA, a través de un complejo multienzimático

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Bioquímica

1.Etapa inicial

Síntesis de malonil-CoA(carboxilacióntransitoria del acetilCoA). Es la etapa reguladora

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Bioquímica

2.Elongación

Los intermediarios están unidos a una Proteína Transportadora de Acilos(ACP). Se lleva a cabo en un complejo enzimático multifuncional (eucariotas)

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Bioquímica

2.Elongación

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Bioquímica

Estequiometría de la síntesis de ácidos grasos

Para la síntesis de palmitato necesitaremos: Acetil-CoA + 7 malonil-CoA + 14 NADPH + 20 H+ Palmitato+ 7 CO2 + 14 NADP+ + 8 CoA+ 6 H2O Y en la síntesis del malonil-CoA: 7 acetil-CoA+ 7 CO2+ 7 ATP 7 malonil-CoA + 7 ADP + 7 Pi+ 14 H+ En total: 8 acetil-CoA + 7 ATP + 14 NADPH +6 H+ Palmitato + 14 NADP+ + 8 CoA+ 6 H2O + 7 ADP + 7 Pi

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Bioquímica

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Bioquímica

Síntesis de otros lípidos

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Bioquímica

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Bioquímica

Integración del Metabolismo

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Bioquímica

RESUMEN DEL METABOLISMO DE LIPIDOS

Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

Bioquímica

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Bioquímica

Relación entre el metabolismo de carbohidratos y la sintesis de lípidos

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Bioquímica

Capacidades metabólicas de los tejidos

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Bioquímica

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Bioquímica

Integración del metabolismo en mamíferos

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Bioquímica

Integración del metabolismo en mamíferos

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Bioquímica

Integración del metabolismo en mamíferos Fase I Biopolimeros ⥦ Monomeros Fase II Intermediarios más sencillos Monomeros ⥦ (Piruvato, acetil-CoA) Fase III Intermedios + ADP + O2 CO2 + H2O+ ATP Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

Bioquímica

Asignación de tareas a los distintos tejidos

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Bioquímica

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Bioquímica

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Bioquímica

Efectos opuestos de la insulina y el glucagón sobre las concentraciones sanguíneas de glucosa

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Bioquímica

Alimentación

Stress/ayuno

DGAT: Diacilglicerol aciltransferasa

Metabolismo lipídico y movilización controlada por tejido adiposo. Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

ATGL: Adipocito triglicérido lipasa FFA: Ácido graso libre Journal of Endocrinology, 2016, 231:3

Bioquímica

Problema ¿Cómo seria el flujo metabólico en una dieta con exceso de carbohidratos? ¿qué vías metabólicas preferentemente se activarían?

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Bioquímica

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Bioquímica

PIRAMIDES ALIMENTICIAS

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Bioquímica

PIRAMIDES ALIMENTICIAS

¿Cómo seria el flujo de metabolitos en las vías metabólicas del metabolismo de carbohidratos en ambas pirámides alimenticias? ¿y el de lípidos? ¿Cómo es su pirámide alimenticia, que flujo de metabolitos, Usted infiere debe tener?

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Bioquímica

Clinical Chemistry 54:6945–955 (2008) Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

Bioquímica

Relación con la ciencia de los alimentos

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Bioquímica

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Bioquímica ADAPTACIÓN METABÓLICA EN POBLACIONES INDÍGENAS SIBERIANAS

Investigaciones anteriores han sugerido que las poblaciones árticas tienen tasas metabólicas elevadas en respuesta a su clima frío y marginal. Estudios recientes de grupos siberianos indígenas han confirmado estos hallazgos anteriores y han arrojado luz sobre los mecanismos a través de los cuales las poblaciones del norte se adaptan a sus entornos. Los siberianos indígenas muestran elevaciones significativas en la tasa metabólica basal en comparación con los valores de referencia. El gasto total de energía es variable entre los grupos siberianos y se correlaciona con los niveles de aculturación. Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

Bioquímica

Las poblaciones siberianas parecen haberse adaptado al estrés por frío a través de la aclimatación a corto plazo y las adaptaciones genéticas, y las hormonas tiroideas desempeñan un papel importante en la configuración de las respuestas metabólicas. Las tasas metabólicas elevadas también tienen consecuencias importantes para la salud y pueden contribuir a los bajos niveles de lípidos en suero observados en los grupos siberianos. Se necesita más investigación para dilucidar los mecanismos subyacentes de la adaptación metabólica y sus implicaciones para los cambios de salud en curso entre los siberianos indígenas. Bibliografía: William R. Leonard, (1 )J. Josh Snodgrass, (1 ) y Mark V. Sorensen , (2 ) 1. Departamento de Antropología, Northwestern University, Evanston, Illinois 60208; correo electrónico: [email protected] , [email protected] 2. Departamento de Antropología, Universidad de Carolina del Norte, Chapel Hill, Carolina del Norte 27599; correo electrónico: [email protected] Facultad de Farmacia y Bioquímica – UNMSM. 2019

Bioquímica Influencia

metabólica e importancia clínica de emulsiones lipídicas MCT/LCT versus LCT en pacientes sépticos y postquirúrgicos sometidos a nutrición parenteral total

• Existen opiniones dispares sobre qué tipo y qué proporciones de nutrientes deben utilizarse en la nutrición parenteral de estos pacientes. La formulación de emulsiones lipídicas con parte de sus componentes en forma de triglicéridos de cadena media trata de posibilitar un mejor aprovechamiento energético al servir como fuente calórica de consumo rápido, pudiendo así evitar, al menos teóricamente, la desproteinización aguda de estos pacientes. Muchos autores cuestionan estas pretendidas ventajas y otros las defienden. Las informaciones clínicas disponibles al respecto son muy dispares cuando no contradictorias. Lo cierto es que sus ventajas clínicas reales están aún por demostrarse.

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Bioquímica

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