CATABOLISMO DE ÁCIDOS GRASOS

CATABOLISMO DE ÁCIDOS GRASOS

8.- Oxidación de palmitato a tritiado. Se añade palmitato marcado uniformemente con tritio (3H), con una actividad específica de 2,48 x 108 cuentas por minuto (cpm) por micromol de palmitato, a una preparación mitocondrial que lo oxida a acetil-CoA. Se aísla el acetil-CoA y se hidroliza a acetato. La actividad específica del acetato aislado es de 1,00 x 107 cpm/umol. ¿Es este resultado coherente con la ruta de la β-oxidación? Explíquelo. ¿Cuál es el destino final de tritio eliminado?

R.- En el ejercicio observamos que se produce una β-oxidación, esta vía incluye dos enzimas deshidrogenasas que eliminan hidrógeno de la cadena de ácido graso activado (palmitil-CoA), primero en un -CH2-CH2- y luego a una –CH2-CH(OH)-; el resultado neto de las dos reacciones es la eliminación de uno de los dos hidrógenos en el punto de formación de la enoil-CoA. Los otros dos hidrógenos del grupo metilo de la Acetil-CoA provienen de la incorporación de H2O.[pic 1]

2H( 3H)

El palmitato contiene 16 átomos de carbono con 2 hidrógenos cada uno; entonces tenemos:

(14 x 2) + 3 (3H) = 31 hidrógenos

2H(H2O )

Esto nos muestra que cada unidad de dos carbonos tiene aproximadamente 1/8 del total de 3H presente. Por lo tanto, los recuentos por minutos de espera de Acetil-CoA, con 2 de 4 hidrógenos acetilo etiquetados etiquetados (los otros dos son derivados de H2O, y por ende no están marcados), es:

(2/4) (2,48x108 cpm/mmol) (1/8) = 1,6x107 cpm/mmol

Por lo tanto, el resultado obtenido es un poco más alto, que el observado en la actividad específica del acetato aislado que en el ejercicio nos dice que fue de 1,00 x 107 cpm/umol, entonces es probable que el intercambio entre β-cetoacil-CoA, podría causar la pérdida de 3H.

El destino final del Tritio (3H) retirado del palmitato es su aparición como agua tritiada.

9. Comportamiento de la β-oxidación. El palmitato libre se activa a su forma de derivado de la coenzima A (palmitil-CoA) en el citosol antes de poder ser oxidado en la mitocondria. Si se añade palmitato y coenzima A marcado con 14C a un homogenado de hígado, el palmitil-CoA aislado de la fracción citosólica es radioactivo, pero el aislado de la fracción mitocondrial no lo es. ¿Por qué?.

R.- No, porque el transporte de moléculas de ácidos grasos desde el citosol a la mitocondria, requiere un “Sistema de transporte” que implica un intermediario acil-carnitina. Los ácidos grasos primero se activan a moléculas de acil-CoA (AG-CoA) en el citosol (por acción de la Acil-CoA sintetasa); así, en la membrana mitocondrial externa, el, el grupo acilo graso se transfiere a la carnitina (por acción de la carnitina aciltransferasa I). La acil-carnitina puede atravesar las membranas mitocondriales debido a la presencia de un transportador especifico: la carnitina acil-carnitina translocasa, que se localiza en la membrana interna mitocondrial. Este transportador, a la vez que introduce la acil-carnitina en el interior mitocondrial, saca carnitina al espacio intermembrana. Ya en la matriz, el resto de ácido graso es cedido a una molécula de CoA, en una reacción catalizada por la carnitina acil transferasa-II, quedando la carnitina disponible nuevamente para salir al espacio intermembrana e introducir nuevos ácidos grasos al interior de la mitocondria. [pic 2]

Por lo mencionado, los grupos acilo graso condensados con el CoA marcado con 14C en el citosol, se transfieren primero a la carnitina, liberando CoA, a continuación se transportan a la mitocondria, en donde se condensan de nuevo a CoA. Así, los fondos citosólico y mitocondrial de CoA  se mantienen separados, por lo que no entra CoA radioactivo desde el fondo citosólico al mitocondrial.

10.- Bioquímica comparativa: Rutas de generación de energía en las aves. Una indicación de la importancia relativa de las diversas rutas productoras de ATP es la Vmáx de ciertas enzimas de estas rutas. A continuación se muestra la Vmáx de varias enzimas de los músculos pectorales (utilizados para el vuelo) de la paloma y del faisán.

1. Discuta la importancia relativa del metabolismo del glucógeno y el metabolismo de las grasas en la generación de ATP en los músculos pectorales de estas aves.
2. Compare el consumo de oxigeno de las dos aves.
3. A juzgar por los datos de la tabla, ¿Qué ave es la que vuela grandes distancias? Justifique su respuesta.
4. ¿Por qué se seleccionaron estas enzimas en particular para la comparación? ¿Serían las actividades de la triosa fosfato isomerasa y la malato deshidrogenasa bases igualmente buenas para la comparación? Explíquelo.

R.- [pic 3]

1. Paloma, predomina la β-oxidación y la fosforilación de los ácidos grasos, teniendo una alta actividad la citrato sintasa. 

Faisán, predomina la glucolisis anaerobia del glucógeno, teniendo una alta actividad tanto la glucógeno fosforilasa y la PFK-1. [pic 4]

1. El músculo de la paloma consumirá mas oxigeno durante el vuelo, debido a la oxidación aeróbica.
2. Sabemos que la grasa contiene más energía por gramo que el glucógeno. Además la degradación anaeróbica del glucógeno está limitada por la tolerancia del tejido a la acumulación de lactato, es por esto, que en la paloma al utilizar el catabolismo oxidativo de grasas (β-oxidación de los ácidos grasos), le permitirá volar grandes distancias, lo que no ocurrirá con el Faisán.
3. Las enzimas mencionadas en este ejercicio, son las enzimas reguladoras de sus rutas específicas (para la paloma la β-oxidación y la fosforilación de los ácidos grasos, y para el faisán la glucolisis anaerobia del glucógeno), y así limitarán la velocidad de producción de ATP.

12.- Efecto de la deficiencia de la carnitina. Un paciente desarrollo una enfermedad caracterizada por una progresiva debilidad muscular y por dolorosos calambres musculares. Los síntomas se agravaron por el ayuno, el ejercicio y la dieta rica en grasas. El homogenado de una muestra de músculo esquelético del paciente oxidaba el oleato añadido más lentamente de lo que lo hacían homogenados control de muestras de individuos sanos. Cuando se añadió carnitina al homogenado de músculo del paciente, la velocidad de oxidación del oleato medida igualó la de los homogenados control. Al paciente se le diagnosticó una deficiencia de carnitina.

1. ¿Por qué incrementaba la adición de carnitina la velocidad de oxidación del oleato en el homogenado de músculo del paciente?
2. ¿Por qué se agravaban los síntomas del paciente por el ayuno, el ejercicio y la dieta rica en grasas?
3. Sugiera dos posibles razones que expliquen la deficiencia de carnitina en el músculo de este paciente.

R.-

1. Porque la entrada de ácidos grasos dentro la mitocondria (a través del transporte mediado por carnitina) y su posterior oxidación (dentro de mitocondria), es el paso limitante de velocidad en la oxidación de los ácidos grasos, así, la deficiencia de carnitina, primero disminuirá el transporte de los ácidos graso a la mitocondria y por ende, también la β-oxidación de estos. De lo ya dicho, se infiere que si se adiciona carnitina, se aumentara el transporte de los ácidos grasos a mitocondria y también la velocidad de oxidación de estos (en el ejercicio, la adición de carnitina la incrementa la velocidad de oxidación del oleato en el homogenado de músculo del paciente).
2. Porque el ayuno, el ejercicio y la dieta rica en grasas causan una mayor necesidad de β-oxidación de los ácidos grasos (↑aumentan la necesidad metabólica) y por lo tanto también se incrementa la demanda para el transporte de carnitina, es por esto que los síntomas por deficiencia de carnitina se harían mas severos en las condiciones ya mencionadas.
3. La deficiencia de carnitina puede ser resultado de una deficiencia de su precursor, la lisina, o por un defecto de una de las enzimas de la ruta biosintética de la carnitina.

13.- Los ácidos grasos como fuente de agua. En contra de lo que dice la leyenda, los camellos no almacenan agua en sus jorobas, que consisten de hecho en grandes depósitos de grasa. ¿De qué modo pueden utilizarse estos depósitos como fuente de agua? Calcule la cantidad de agua (en litros) que puede ser producida por un camello a partir de 1,0 kg de grasa. Considere, para simplificar el problema, que la grasa consiste únicamente en tripalmitilglicerol.

R.-

• Tomando en cuenta que la joroba de los camellos consisten en grandes depósitos de grasas, por medio de la β-oxidación de ácidos grasos, se produce agua en cantidades significativas.
•      Palmitoil-COA + 23O2 + 108Pi + 108ADP → CoA + 16C02 + 108ATP + 23H20

1Palmitoil-CoA → 23 H20

Tripalmitilglicerol → mas de tres palmitatos en enlace éster. PM=885 g/mol:

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