El metabolismo de los lípidos es la síntesis y degradación de lípidos en las células, implicando la descomposición y almacenamiento de grasas para obtener energía y la síntesis de lípidos estructurales y funcionales, como los implicados en la construcción de las membranas celulares . En los animales, estas grasas se obtienen de los alimentos y son sintetizadas por el hígado . [1] La lipogénesis es el proceso de síntesis de estas grasas. [2] [3] La mayoría de los lípidos que se encuentran en el cuerpo humano al ingerir alimentos son los triglicéridos y el colesterol . [4] Otros tipos de lípidos que se encuentran en el cuerpo son los ácidos grasos y los lípidos de membrana . El metabolismo de los lípidos a menudo se considera el proceso de digestión y absorción de las grasas de la dieta; sin embargo, existen dos fuentes de grasas que los organismos pueden utilizar para obtener energía: de las grasas dietéticas consumidas y de las grasas almacenadas. [5] Los vertebrados (incluidos los humanos) utilizan ambas fuentes de grasa para producir energía para el funcionamiento de órganos como el corazón . [6] Dado que los lípidos son moléculas hidrofóbicas , es necesario solubilizarlos antes de que pueda comenzar su metabolismo. El metabolismo de los lípidos a menudo comienza con la hidrólisis , [7] que ocurre con la ayuda de varias enzimas en el sistema digestivo. [2] El metabolismo de los lípidos también ocurre en las plantas, aunque los procesos difieren en algunos aspectos en comparación con los animales. [8] El segundo paso después de la hidrólisis es la absorción de los ácidos grasos en las células epiteliales de la pared intestinal . [6] En las células epiteliales, los ácidos grasos se empaquetan y transportan al resto del cuerpo. [9]
Los procesos metabólicos incluyen la digestión de lípidos, la absorción de lípidos, el transporte de lípidos, el almacenamiento de lípidos, el catabolismo de lípidos y la biosíntesis de lípidos. El catabolismo de los lípidos se logra mediante un proceso conocido como beta oxidación que tiene lugar en las mitocondrias y los orgánulos de las células peroxisomas .
La digestión es el primer paso para el metabolismo de los lípidos y es el proceso de descomponer los triglicéridos en unidades de monoglicéridos más pequeñas con la ayuda de enzimas lipasas . La digestión de las grasas comienza en la boca mediante digestión química mediante la lipasa lingual . El colesterol ingerido no es descompuesto por las lipasas y permanece intacto hasta que ingresa a las células epiteliales del intestino delgado. Los lípidos luego continúan hasta el estómago donde continúa la digestión química por la lipasa gástrica y comienza la digestión mecánica ( peristalsis ). Sin embargo, la mayor parte de la digestión y absorción de lípidos ocurre una vez que las grasas llegan al intestino delgado. Las sustancias químicas del páncreas ( familia de la lipasa pancreática y lipasa dependiente de las sales biliares ) se secretan en el intestino delgado para ayudar a descomponer los triglicéridos, [10] junto con una digestión mecánica adicional, hasta que se conviertan en unidades de ácidos grasos individuales capaces de ser absorbidas por el intestino delgado. células epiteliales del intestino . [11] Es la lipasa pancreática la responsable de la señalización para la hidrólisis de los triglicéridos en ácidos grasos libres separados y unidades de glicerol.
El segundo paso en el metabolismo de los lípidos es la absorción de grasas. Los ácidos grasos de cadena corta se pueden absorber en el estómago , mientras que la mayor parte de la absorción de grasas se produce sólo en el intestino delgado . Una vez que los triglicéridos se descomponen en ácidos grasos individuales y gliceroles , junto con el colesterol, se agregarán en estructuras llamadas micelas . Los ácidos grasos y los monoglicéridos abandonan las micelas y se difunden a través de la membrana para ingresar a las células epiteliales intestinales. En el citosol de las células epiteliales, los ácidos grasos y los monoglicéridos se recombinan nuevamente en triglicéridos. En el citosol de las células epiteliales, los triglicéridos y el colesterol se empaquetan en partículas más grandes llamadas quilomicrones, que son estructuras anfipáticas que transportan los lípidos digeridos. [9] Los quilomicrones viajarán a través del torrente sanguíneo para ingresar a los tejidos adiposos y otros tejidos del cuerpo. [6] [2] [3]
Debido a la naturaleza hidrofóbica de los lípidos de membrana , triglicéridos y colesteroles , requieren proteínas de transporte especiales conocidas como lipoproteínas. [1] La estructura anfipática de las lipoproteínas permite que los triglicéridos y el colesterol sean transportados a través de la sangre . Los quilomicrones son un subgrupo de lipoproteínas que transportan los lípidos digeridos desde el intestino delgado al resto del cuerpo. Las diferentes densidades entre los tipos de lipoproteínas son características del tipo de grasas que transportan. [12] Por ejemplo, las lipoproteínas de muy baja densidad ( VLDL ) transportan los triglicéridos sintetizados por nuestro cuerpo y las lipoproteínas de baja densidad (LDL) transportan el colesterol a nuestros tejidos periféricos. [6] [1] Varias de estas lipoproteínas se sintetizan en el hígado, pero no todas se originan en este órgano. [1]
Los lípidos se almacenan en el tejido adiposo blanco como triglicéridos. En un ser humano adulto joven y delgado, la masa de triglicéridos almacenados representa entre 10 y 20 kilogramos. Los triglicéridos se forman a partir de una columna vertebral de glicerol con tres ácidos grasos. Los ácidos grasos libres se activan formando acil-CoA y se esterifican para finalmente llegar a la gotita de triglicéridos. La lipoproteína lipasa tiene un papel importante. [13]
Una vez que los quilomicrones (u otras lipoproteínas) viajan a través de los tejidos, estas partículas serán descompuestas por la lipoproteína lipasa en la superficie luminal de las células endoteliales en los capilares para liberar triglicéridos. [14] Los triglicéridos se descompondrán en ácidos grasos y glicerol antes de ingresar a las células y el colesterol restante viajará nuevamente a través de la sangre hasta el hígado. [15]
En el citosol de la célula (por ejemplo, una célula muscular), el glicerol se convertirá en gliceraldehído 3-fosfato , que es un intermediario en la glucólisis , para oxidarse aún más y producir energía. Sin embargo, los principales pasos del catabolismo de los ácidos grasos ocurren en las mitocondrias . [16] Los ácidos grasos de cadena larga (más de 14 carbonos) deben convertirse en acil-CoA graso para poder atravesar la membrana de las mitocondrias . [6] El catabolismo de los ácidos grasos comienza en el citoplasma de las células cuando la acil-CoA sintetasa utiliza la energía de la escisión de un ATP para catalizar la adición de coenzima A al ácido graso. [6] La acil-CoA resultante cruza la membrana de las mitocondrias y entra en el proceso de beta oxidación . Los principales productos de la vía de la beta oxidación son el acetil-CoA (que se utiliza en el ciclo del ácido cítrico para producir energía), NADH y FADH. [16] El proceso de beta oxidación requiere las siguientes enzimas: acil-CoA deshidrogenasa , enoil-CoA hidratasa , 3-hidroxiacil-CoA deshidrogenasa y 3-cetoacil-CoA tiolasa . [15] El diagrama de la izquierda muestra cómo los ácidos grasos se convierten en acetil-CoA. La reacción neta general, utilizando palmitoil-CoA (16:0) como sustrato modelo es:
Además de las grasas dietéticas, los lípidos almacenados en los tejidos adiposos son una de las principales fuentes de energía para los organismos vivos. [17] Los organismos pueden sintetizar triacilgliceroles , membranas lipídicas y colesterol a través de diversas vías.
Hay dos clases principales de lípidos de membrana: glicerofosfolípidos y esfingolípidos . Aunque en nuestro cuerpo se sintetizan muchos lípidos de membrana diferentes, las vías comparten el mismo patrón. El primer paso es sintetizar la columna vertebral ( esfingosina o glicerol ), el segundo paso es la adición de ácidos grasos a la columna vertebral para producir ácido fosfatídico. El ácido fosfatídico se modifica aún más con la unión de diferentes grupos de cabeza hidrófilos a la columna vertebral. La biosíntesis de lípidos de membrana ocurre en la membrana del retículo endoplásmico . [18]
El ácido fosfatídico también es un precursor para la biosíntesis de triglicéridos. La fosfotasa del ácido fosfatídico cataliza la conversión del ácido fosfatídico en diacilglicérido, que será convertido en triglicéridos por la aciltransferasa . La biosíntesis de triglicéridos se produce en el citosol. [19]
El precursor de los ácidos grasos es el acetil-CoA y se encuentra en el citosol de la célula. [19] La reacción neta general, utilizando palmitato (16:0) como sustrato modelo es:
8 Acetil-coA + 7 ATP + 14 NADPH + 6H+ → palmitato + 14 NADP+ + 6H2O + 7ADP + 7P¡
El colesterol se puede producir a partir de acetil-CoA a través de una vía de múltiples pasos conocida como vía isoprenoide . Los colesteroles son esenciales porque pueden modificarse para formar diferentes hormonas en el cuerpo como la progesterona . [6] El 70% de la biosíntesis del colesterol se produce en el citosol de las células del hígado. [ cita necesaria ]
El metabolismo de los lípidos está estrechamente regulado por hormonas para garantizar un equilibrio entre el almacenamiento y la utilización de energía.
Los trastornos del metabolismo de los lípidos (incluidos los errores congénitos del metabolismo de los lípidos ) son enfermedades en las que se producen problemas para descomponer o sintetizar grasas (o sustancias similares a las grasas). [22] Los trastornos del metabolismo de los lípidos están asociados con un aumento en las concentraciones de lípidos plasmáticos en la sangre, como el colesterol LDL , VLDL y triglicéridos , que con mayor frecuencia conducen a enfermedades cardiovasculares. [23] Gran parte del tiempo estos trastornos son hereditarios, lo que significa que es una condición que se transmite de padres a hijos a través de los genes. [22] La enfermedad de Gaucher (tipos I, II y III), la enfermedad de Niemann-Pick , la enfermedad de Tay-Sachs y la enfermedad de Fabry son enfermedades en las que quienes las padecen pueden tener un trastorno del metabolismo de los lípidos de su cuerpo. [24] Las enfermedades más raras relacionadas con un trastorno del metabolismo de los lípidos son la sitosterolemia , la enfermedad de Wolman , la enfermedad de Refsum y la xantomatosis cerebrotendinosa . [24]
Los tipos de lípidos implicados en el metabolismo de los lípidos incluyen:
Metabolismo de lípidos en los encabezados de materias médicas (MeSH) de la Biblioteca Nacional de Medicina de EE. UU.