SEMINARIOS 15 y 16 Metabolismo de lipoproteínas y del colesterol

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MATERIA QUÍMICA BIOLÓGICA - CICLO LECTIVO 2018

SEMINARIOS 15 y 16

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MATERIA QUÍMICA BIOLÓGICA - CICLO LECTIVO 2018 LIPOPROTEÍNAS PLASMÁTICAS

Debido a su carácter hidrofóbico, los lípidos son transportados en el plasma asociados a proteínas. Las lipoproteínas son complejos moleculares de lípidos y proteínas específicas, denominadas apoproteínas. Los triglicéridos (TG) y los ésteres de colesterol se ubican en el centro hidrofóbico de las lipoproteínas mientras que los grupos polares de los fosfolípidos, colesterol y apoproteínas se ubican en la parte externa de la misma, en contacto con la fase acuosa. Estas partículas son dinámicas y están en un estado constante de síntesis, degradación y remoción del plasma. Las lipoproteínas permiten tanto el transporte de los lípidos como su liberación en los tejidos.

Figura 1: Representación de la estructura de una lipoproteína (a) y tamaño relativo de las apoproteínas observadas por microscopía electrónica (b).

Las diferentes lipoproteínas presentan una composición relativa de lípidos y proteínas característica (Tablas 1 y 2), lo que les otorga una densidad diferencial. A medida que aumenta la proporción de lípidos en una lipoproteína su densidad disminuye y cuanto mayor es su proporción de proteínas su densidad aumenta.

Cuando se somete a las lipoproteínas a un proceso de ultracentrifugación, éstas se distribuyen de acuerdo a su densidad. Este método permite separar las lipoproteínas en cinco fracciones, dando lugar a la nomenclatura más utilizada para estas partículas:

 Quilomicrones (Qm), que son las lipoproteínas menos densas y de mayor tamaño.

 Lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL)

 Lipoproteínas de densidad intermedia (IDL)

 Lipoproteínas de baja densidad (LDL)

 Lipoproteínas de alta densidad (HDL), que son las lipoproteínas más densas y pequeñas.

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Tabla 1: Características principales de las lipoproteínas plasmáticas. col: colesterol. TG: triglicéridos. FL: fosfolípidos

Apo Colesterol TG Fosfolípidos

QM 2 4 88 6

VLDL 10 16 56 18

IDL 20 28 28 24

LDL 25 45 8 23

HDL 50 18 7 25

Tabla 2: Composición química de las fracciones lipoproteicas (expresadas en %).

 Quilomicrones (Qm): se sintetizan en el intestino y su función es la de transportar los TG y el colesterol de la dieta hacia el hígado. No aparecen en el plasma en luego de un ayuno de 12 a 14 horas en condiciones normales. Su persistencia en la circulación determina el aspecto turbio y/o lechoso del suero.

 Lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL): son sintetizadas y secretadas por el hígado y tienen la función de transportar hacia la circulación los TG de síntesis endógena, permitiendo redistribuir los ácidos grasos a los tejidos que los requieran. El aumento de su concentración sérica determina el aspecto turbio del suero.

 Lipoproteínas de densidad intermedia (IDL): son el producto del catabolismo parcial de las VLDL, presentando mayor contenido de colesterol y menor de TG. En estado postprandial aumenta progresivamente la concentración de IDL en el plasma, alcanzando su pico máximo a las seis horas después de la ingesta. Luego de un ayuno de 12 a 14 horas no se detecta IDL en el plasma.

 Lipoproteínas de baja densidad (LDL): son las lipoproteínas más pequeñas, muy ricas en colesterol esterificado, que surgen de la degradación final de la IDL en el plasma. Su función es la de distribuir colesterol a los tejidos que lo requieren para la reposición de sus componentes de las membranas celulares o para la síntesis de hormonas esteroides o de sales biliares.

 Lipoproteínas de alta densidad (HDL): las HDL pueden provenir de la síntesis hepática e intestinal. Las HDL recién sintetizadas o nacientes son discoidales y se las conoce como pre-HDL. Luego, se convierten en HDL maduras, proceso en el cual interviene el catabolismo de las lipoproteínas ricas en TG. La función de las HDL es

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vehiculizar el colesterol, desde los tejidos periféricos hacia el hígado, proceso conocido como transporte reverso del colesterol.

APOPROTEÍNAS

Las apoproteínas no sólo son parte estructural de las lipoproteínas, sino que también tienen un rol activo en su metabolismo ya que les confieren la capacidad de llevar los lípidos a los tejidos específicos evitando en su itinerario su dispersión por intercambio o difusión. Esto ocurre por mecanismos en los cuales las apoproteínas actúan como ligandos de receptores de superficie o como cofactores para lipasas de la superficie celular. Así los componentes proteicos de las lipoproteínas determinan cómo los lípidos son metabolizados en una determinada partícula lipoproteica.

En la siguiente tabla se resume la distribución y función de las apoproteínas más conocidas.

Apoproteína Lipoproteína Funciones

A-I HDL y QM Estructura de HDL

Activador de LCAT

Ligando del Receptor SR-BI

B-48 QM Ensamblaje y secreción de QM en intestino B-100 VLDL, IDL, LDL Ensamblaje y secreción de VLDL en hígado

Ligando del Receptor de LDL C-II QM, VLDL, HDL Cofactor/activador de LPL

E QM, VLDL, IDL, HDL Ligando de Receptores (de LDL y E)

Tabla 3: Distribución y función de las principales apoproteínas.

ENZIMAS que intervienen en el metabolismo lipoproteico  Lipoproteinlipasa (LPL)

Es una enzima que se localiza en la superficie de las células endoteliales de los capilares de los tejidos extrahepáticos principalmente adiposo y muscular (esquelético y cardíaco). Es responsable de la hidrólisis de los TG de los Qm y de las VLDL produciendo así Qm remanentes e IDL, respectivamente. Por su actividad triglicérido hidrolasa produce ácidos grasos libres y 2-monoacilglicéridos. Es activada por Apo C-II (cofactor) e inhibida por Apo CIII. La expresión de la LPL en los diferentes tejidos es regulada de manera tal de dirigir los ácidos grasos en función de la demanda metabólica. Por ejemplo, existe un marcado incremento en la actividad de LPL en la glándula mamaria durante la lactancia con una correspondiente disminución en la actividad de esta enzima en el tejido adiposo. Además, el ayuno y el ejercicio incrementan la actividad de la LPL en músculo y la disminuyen en tejido adiposo. En cambio, luego de una ingesta se incrementa la actividad de la LPL en tejido adiposo y se disminuye en músculo. Tales cambios son mediados por la acción de hormonas, tales como insulina y glucocorticoides que inducen su expresión.

 Lipasa Hepática (HL)

Esta enzima se localiza principalmente en la membrana de los hepatocitos, pero también de células esteroidogénicas. Actúa hidrolizando los TG de las IDL y de las HDL. Los ácidos grasos liberados son tomados por estos tejidos y degradados produciendo acetil-CoA precursor en la síntesis de colesterol necesario para la síntesis de sales biliares (en el hígado) y hormonas esteroides (en gónadas y glándula adrenal). Es por ello que la actividad de la HL se regula en función de la demanda de colesterol celular.

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MATERIA QUÍMICA BIOLÓGICA - CICLO LECTIVO 2018  Lecitina-colesterol aciltransferasa (LCAT)

Es una enzima de síntesis hepática que circula en el plasma asociada a HDL. Es la responsable de la esterificación del colesterol en las HDL. Actúa transfiriendo ácidos grasos de la posición 2 de la lecitina al colesterol libre, resultando la formación de lisolecitina y colesterol esterificado. Es activada por la Apo A-I y por la Apo E (menos eficiente). Una vez que actúa LCAT esterificando el colesterol libre de las HDL, éste es transferido a las otras lipoproteínas con Apo B-100 por medio de una proteína transportadora de colesterol esterificado (CETP).

CETP circula asociada a HDL y también transporta TG, pero en sentido inverso es decir desde las lipoproteínas con Apo B-100 hacia las HDL. Se considera que el conjunto LCAT/APO AI/ CETP es el complejo esterificante y de transferencia del colesterol plasmático).

Figura 2: Reacción catalizada por la enzima LCAT.

RECEPTORES que intervienen en el metabolismo lipoproteico

Las células presentan dos mecanismos distintos para la captación de lípidos mediada por receptor a partir de las lipoproteínas: endocitosis mediada por receptor de toda la lipoproteína y la captación selectiva de lípidos de ciertos componentes de las partículas.

 Receptor de LDL (o Receptor Apo B-100)

Es una glicoproteína que se localiza en la membrana celular en zonas especiales denominadas cavidades revestidas de clatrina. Estos receptores están ampliamente distribuidos en varios tipos de células como fibroblastos, músculo liso, hepatocitos y células que utilizan colesterol para la síntesis de hormonas esteroides (glándulas suprarrenales, testículos, ovarios), entre otros tejidos.

A este receptor pueden unirse exclusivamente las lipoproteínas que contengan solamente Apo B-100, que son las LDL. Por tal motivo, también se los conoce como Receptores de LDL. Luego el complejo lipoproteína-receptor es endocitado. La síntesis de este receptor es regulada por los niveles intracelulares de colesterol. Un aumento de colesterol reprime la síntesis de los receptores.

 Receptor B/E Hepático

Se localiza en el hígado y une tanto ApoB (tanto B48 como B100) y Apo E. Sin embargo, la afinidad por Apo E es 200 veces mayor que por las ApoB, por lo que interactúa principalmente con los Qm remanentes, siendo también capaz de unir VLDL e IDL, y en menor medida LDL. Luego el complejo lipoproteína-receptor es endocitado.

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MATERIA QUÍMICA BIOLÓGICA - CICLO LECTIVO 2018  Receptor SR-BI

Es una glicoproteína que se localiza principalmente en hígado y tejidos esteroidogénicos. Reconoce a la Apo A-I de la HDL, permitiendo la captación selectiva de ésteres de colesterol de estas lipoproteínas por las células que expresan el receptor, pero sin internalizar por endocitosis toda la partícula.

 Transportador ABC-AI (ATP binding cassette transporter A1)

Se localiza en tejidos extrahepáticos y reconoce a la Apo A-I de HDL. Utiliza la hidrólisis de ATP para transportar el colesterol desde la cara interna a la externa de la membrana plasmática de células ricas en colesterol. De esta manera, las HDL pueden captar el colesterol de las células.

 Receptores Scavenger (SR-A)

Se localizan en los macrófagos y cobran importancia porque están relacionados con el desarrollo de lesiones ateromatosas. Pueden unir las siguientes lipoproteínas: LDL (normales y modificadas), IDL y VLDL anómalas. La síntesis de este receptor no es regulada por el nivel de colesterol intracelular, por lo que este lípido se acumula progresivamente en las células que poseen receptores scavenger, convirtiéndose en células espumosas.

METABOLISMO DE LAS LIPOPROTEÍNAS Metabolismo exógeno de las lipoproteínas

Tanto los ácidos grasos provenientes de la hidrólisis de los TG como el colesterol ingerido en la dieta son reesterificados en el retículo endoplásmico de las células de la mucosa intestinal, produciéndose nuevamente triglicéridos y colesterol esterificado.

Estos lípidos se ensamblan con apoproteínas, principalmente B-48 y A-I, además de unirse con fosfolípidos y colesterol libre, constituyendo de esta manera el Quilomicrón naciente. Éste es vertido al sistema linfático y desde allí al sistema sanguíneo donde recibe otras apoproteínas como las C-II y E, cedidas por las HDL, transformándose en

Quilomicrón maduro.

Debido a la presencia de Apo C-II, el Qm maduro interactúa con la enzima LPL en la superficie del endotelio capilar de los tejidos adiposo y muscular produciendo la hidrólisis de los TG. Al mismo tiempo se desprenden de la estructura del Qm moléculas de colesterol, fosfolípidos y Apo A y C, que son transferidas a las HDL. La partícula resultante es llamada Quilomicrón remanente, y contiene menos TG y más colesterol que el Qm maduro, carece de Apo C-II, pero es muy rica en Apo E. La presencia de esta última Apo permite la unión del Qm remanente con los receptores E hepáticos, para su internalización y degradación. El contenido de colesterol de estos remanentes puede ser excretado por vía biliar, o incorporarse a las lipoproteínas de síntesis hepática.

Entonces, la principal función de los Qm es el transporte de los lípidos provenientes de la dieta (exógenos). La mayor parte del colesterol procedente de la dieta llega hasta el hígado y se incorpora al reservorio hepático de colesterol, interviniendo en la regulación de la síntesis de mismo. Mientras, los ácidos grasos libres provenientes de los TG transportados han sido liberados en el tejido muscular para su consumo o en el tejido adiposo para su almacenamiento.

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MATERIA QUÍMICA BIOLÓGICA - CICLO LECTIVO 2018 Metabolismo endógeno de las lipoproteínas

Los triglicéridos sintetizados en el hígado (provenientes fundamentalmente de los hidratos de carbono de la dieta) son ensamblados en forma de VLDL nacientes junto con fosfolípidos, colesterol y Apo B-100 y E, principalmente. Las VLDL son secretadas y en el plasma, maduran adquiriendo Apo C-II procedente de las HDL, convirtiéndose de esta manera en sustrato de la LPL que produce la hidrólisis de los triglicéridos. Al mismo tiempo que las VLDL van perdiendo los TG, aumenta su contenido de ésteres de colesterol gracias a la acción de la CTEP. Como se mencionó anteriormente, esta proteína tiene la doble misión de transportar los TG desde las partículas ricas en ellos hacia las HDL y de trasportar los ésteres de colesterol desde las HDL hacia las VLDL. A medida que las VLDL pierden sus TG, van transfiriendo la Apo CII a las HDL perdiendo así la capacidad de ser metabolizadas por la LPL, convirtiéndose en partículas ricas en ésteres de colesterol, Apo B-100 y E, recibiendo el nombre de VLDL residuales o IDL.

Las IDL pueden ser tomadas por receptores E hepáticos, sin embargo, éste es el camino minoritario ya que la mayor parte de las IDL continúan su degradación por la enzima HL. Esta enzima actúa sobre estas lipoproteínas, completando la hidrólisis de TG, al tiempo que pierde todas las apoproteínas excepto la Apo B-100, produciendo finalmente lipoproteínas de baja densidad (LDL).

Figura 4: Representación del metabolismo endógeno de las lipoproteínas.

Las LDL distribuyen el colesterol a los tejidos mediante su unión a los receptores de LDL que están ubicados en las cavidades cubiertas de clatrina de las membranas de la mayoría de las células. En una dieta normal, más de la mitad de las LDL se catabolizan en el hígado.

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El complejo LDL-Receptor es endocitado y, tras unirse con los lisosomas, las enzimas hidrolíticas lisosomales degradan a la Apo B-100 a aminoácidos. La colesterol éster hidrolasa degrada los ésteres de colesterol liberando colesterol y ácidos grasos libres.

El colesterol libre puede ser utilizado por la célula y posee tres funciones regulatorias principales a fin de prevenir la sobrecarga de colesterol en la célula:

1. Inhibe la 3-hidroxi-3-metil-glutaril-CoA (HMG-CoA) reductasa, enzima clave en la biosíntesis del colesterol.

2. Activa la acil-CoA-colesterol aciltransferasa (ACAT), que reesterifica al colesterol para su almacenamiento en forma de ésteres.

3. Inhibe la síntesis de Receptores de LDL, por un mecanismo de retroalimentación negativa, frenando así la captación de más LDL.

Figura 5: Unión de LDL a su receptor y captación de colesterol.

El 15% de las LDL se degradan por una vía alternativa denominada camino de

barrido (scavenger). Los macrófagos del sistema retículo-endotelial son capaces de unir

LDL por medio de receptores de baja afinidad, de digerir la partícula y de depositar el colesterol en el citoplasma en forma de oleato de colesterilo. El nivel intracelular de colesterol no regula la síntesis de estos receptores ni la síntesis de colesterol intracelular, lo cual puede conducir a que estas células se sobrecarguen de colesterol, adquiriendo un aspecto de células espumosas.

Transporte Reverso del Colesterol

Este es el proceso mediante el cual las HDL transportan el colesterol excedente de los tejidos periféricos hacia el hígado para su posterior reciclado (síntesis de VLDL) o eliminación (síntesis de ácidos biliares), razón por la cual es considerado un mecanismo antiaterogénico. Las HDL conforman una familia de lipoproteínas que difieren entre sí en la composición relativa de lípidos en relación a las proteínas y en su perfil de apoproteínas, cambios que surgen por el constante intercambio con otras lipoproteínas (Qm y VLDL).

Las HDL nacientes generadas en intestino, hígado o incluso la circulación plasmática tienen forma discoidal y contienen fosfolípidos y Apo A-I, C y E, principalmente. Las HDL nacientes captan el colesterol libre proveniente de las células, transformándose en una partícula de mayor tamaño. Por acción de la LCAT, el colesterol libre es esterificado y migra hacia el interior de las partículas lipoproteicas, generando una

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estructura esférica (HDL maduras). Durante este proceso se incorporan además de colesterol libre, fosfolípidos y apoproteínas provenientes de la hidrólisis de Qm y VLDL.

El transporte reverso del colesterol puede dividirse en cuatro etapas que se suceden en forma consecutiva:

1. Eflujo del colesterol libre desde las células periféricas hacia el espacio extracelular: el colesterol esterificado en el citoplasma celular es hidrolizado por la enzima colesterol éster hidrolasa. Luego, el colesterol libre es translocado a la membrana plasmática y expuesto hacia el espacio extracelular. En este proceso participa un transportador activo de membrana ABC-A1 que actúa como mediador entre la secreción de colesterol desde las células hacia las HDL utilizando Apo A-I como ligando.

2. Esterificación del colesterol libre por la enzima LCAT en la circulación plasmática: la enzima LCAT circula en el plasma asociada a HDL y esterifica el colesterol libre presente en su superficie. El colesterol recién esterificado migra hacia el interior de las partículas lipoproteicas debido a su carácter altamente hidrofóbico, generando una estructura esférica (HDL maduras).

3. Transferencia del colesterol esterificado desde las HDL hacia las lipoproteínas con Apo B-100 circulantes: mediante la CETP, que circula asociada a la HDL. El colesterol esterificado de las HDL es transferido a las lipoproteínas con Apo B-100 a la vez que se transportan TG en sentido inverso, es decir desde las lipoproteínas con Apo B-100 hacia las HDL. Se considera que el conjunto LCAT / APO A-I / CETP es el complejo esterificante y de transferencia del colesterol plasmático. Como consecuencia de estos intercambios, se origina una HDL con mayor contenido en TG que es susceptible a la acción de la HL, la cual la convierte en una partícula más pequeña, liberando al medio parte de ciertos componentes de la superficie como la Apo A-I y fosfolípidos. La Apo A-I liberada, ávida por lípidos, se asocia nuevamente con fosfolípidos y se regeneran así partículas de HDL naciente, reiniciándose de esta manera el ciclo metabólico de las HDL.

4. Depuración hepática del colesterol esterificado: existen diferentes vías de llegada del colesterol esterificado al hígado:

- una vía indirecta, por medio de las lipoproteínas con Apo B-100 que aceptaron el colesterol esterificado de las HDL y que se unen a los receptores de LDL (Apo B-100/E) hepáticos.

- una vía directa, por medio de la captación hepática de las HDL mediante su unión a receptores SR-BI, que reconocen Apo A-I.

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Figura 6: Representación del transporte reverso del colesterol y metabolismo de HDL.

Además de la depuración hepática de las HDL mediada por receptor, parte del colesterol de las HDL es distribuido hacia otros tejidos, principalmente los esteroidogénicos, que también poseen receptores SR-BI. De esta manera se transfieren ésteres de colesterol a estas células productoras de hormonas esteroides. Las HDL depletadas de lípidos se disocian del SR-BI y retornan a la circulación, pudiendo extraer más colesterol de otras células.

Figura 7: Unión de HDL al receptor SR-BI y captación selectiva de colesterol esterificado.

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MATERIA QUÍMICA BIOLÓGICA - CICLO LECTIVO 2018 LIPOPROTEÍNAS - ATEROGÉNESIS

La enfermedad coronaria es la principal causa de muerte en los países industrializados de Occidente. A su vez, la mayoría de los casos de enfermedad coronaria están asociados a otra patología: la aterosclerosis (acumulación de depósitos de lípidos en las paredes arteriales). El crecimiento de estos depósitos o placas ateroscleróticas provoca la formación de coágulos que impiden el flujo sanguíneo. Si un coágulo llega a ocluir una arteria se produce la isquemia del tejido por falta de irrigación. Si el proceso es sostenido y se acompaña de necrosis (muerte celular) se produce un infarto.

Se conocen algunos factores que pueden predisponer a la aterosclerosis y posterior enfermedad coronaria. La hipertensión arterial (HTA), la diabetes, el hábito de fumar y otros factores parecen aumentar la probabilidad de una enfermedad coronaria prematura. Las dietas ricas en colesterol y en ácidos grasos saturados contribuyen a la elevación de los niveles de lípidos en la sangre y a la progresión de la aterosclerosis. La constitución genética de un individuo desempeña también cierto papel: algunas personas pueden ingerir cantidades enormes de grasa en su dieta durante períodos prolongados sin que se produzca una elevación de la colesterolemia. Abundan, sin embargo, quienes, con valores de colesterol extraordinariamente elevados, jamás padecerán de enfermedad coronaria y por último sí pueden sufrirla aquellos que tienen un bajo perfil de riesgo.

Debido al riesgo cardiovascular que representa la hipercolesterolemia, es de suma importancia la medición de distintas lipoproteínas que transportan colesterol. Como las HDL remueven el colesterol desde los tejidos periféricos, mientras que las LDL lo depositan en ellos, el riesgo cardiovascular está en relación inversa a las cifras de colesterol unido a las HDL y en relación directa con el colesterol unido a las LDL.

La acción pro-aterogénica de las lipoproteínas no solamente depende de su concentración plasmática sino también de su heterogeneidad (tamaño, densidad y composición). La vida media de las LDL en plasma es de 3 días. Durante este tiempo, estas lipoproteínas pueden sufrir modificaciones como glicosilación (considerar en los pacientes diabéticos), oxidación y carbamilación (importante en los pacientes con insuficiencia renal). Si la vida media aumenta, aumentan aún más las modificaciones de las mismas, lo que disminuye la capacidad de interacción con sus receptores fisiológicos en los tejidos, lo cual resulta en un metabolismo incrementado a través de vías metabólicas alternativas que aceleran el proceso aterogénico.

Lipoproteínas modificadas

Entre las subfracciones de mayor importancia fisiopatológica se destacan:

- LDL pequeña y densa: Las LDL pueden interactuar con las VLDL, tomando TG y entregando colesterol esterificado. Por acción de la lipasa hepática, los TG son hidrolizados, disminuyendo el tamaño de las LDL y transformándolas en "LDL muy

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pequeñas y densas" (small dense LDL o sLDL), que presentan gran capacidad para atravesar el endotelio y alcanzar a las células musculares lisas, y mayor capacidad de unión a los proteoglicanos favoreciendo su retención en la pared arterial. Estas sLDL son particularmente sensibles a los procesos de oxidación y glicosilación. Pierden afinidad por el receptor de Apo B-100 y son atrapadas por los macrófagos que se cargan de colesterol esterificado, modifican su metabolismo y se convierten en células espumosas. Se ha encontrado que la presencia de partículas sLDL se asocia con un aumento de riesgo de enfermedad coronaria. El aumento de sLDL ocurre raramente como un desorden aislado, se acompaña frecuentemente de hipertrigliceridemia, niveles de HDL disminuidos, obesidad abdominal, resistencia a insulina, y otras alteraciones metabólicas.

Figura 8: Formación de LDL pequeñas y densas (sLDL).

- LDL ricas en triglicéridos: Son partículas de LDL con un ligero aumento en la proporción de TG, lo que distorsiona el reconocimiento de la lipoproteína por el receptor fisiológico. Su presencia se asocia con disminución o ausencia de la actividad de la lipasa hepática (diabetes tipo 1 o en insuficiencia renal crónica) o por un aumento en la actividad de la CETP (común en las hipertrigliceridemias) dado que facilita los intercambios de TG por colesterol entre lipoproteínas y por lo tanto el enriquecimiento en TG de las LDL.

- LDL glicosiladas: Se forma como parte del proceso de glicosilación no-enzimática de las proteínas estructurales y circulantes, de manera proporcional a Ia magnitud de la hiperglucemia, mediante la unión covalente de la glucosa a la Apo B-100 de la LDL.

- LDL oxidadas: La oxidación de LDL ocurre en el subendotelio. Si bien la producción de especies reactivas del oxígeno es inherente al metabolismo celular normal, los diversos factores de riesgo cardiovascular producen un incremento del estrés oxidativo que acelera marcadamente este proceso. Por ejemplo; oxidantes como el superóxido, peróxido de hidrogeno, óxido nítrico, favorecen la oxidación de las LDL mientras que compuestos como la vitamina E, ácido ascórbico, beta-caroteno protegen contra la oxidación.

Cabe destacar, que la sLDL, la LDL rica en TG y la LDL glicosilada, presentan una mayor tendencia a la oxidarse.

- Lipoproteína (a): Es sintetizada por el hígado y sus cifras plasmáticas están genéticamente determinadas puesto que no dependen de factores dietarios (ingesta rica en colesterol o alteraciones metabólicas de los lípidos). La Lp(a) es comparable en tamaño y contenido de colesterol esterificado a la LDL, pero posee mayor densidad. Se trata de una Apo B-100 enlazada covalentemente por puentes disulfuro a una molécula proteica símil plasminógeno (Apo(a)).

El papel fisiológico de la Lp(a) aún no se conoce, aunque se encuentra abundantemente en sangre de muchas personas cuya vulnerabilidad a la enfermedad

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cardíaca no podía atribuirse a otros factores. El metabolismo es independiente de la LDL y la forma de eliminación es poco comprendida puesto que se une escasamente a los receptores para B-100.

La Apo(a) es muy parecida al plasminógeno, que es el componente principal del sistema fibrinolítico o de disolución del coágulo sanguíneo, pero a diferencia de éste carece de actividad enzimática.

La Lp(a) incrementa el riesgo cardiovascular porque suma el depósito de colesterol endotelial a su acción procoagulante, dado que compite con el plasminógeno en su unión al endotelio.

Algunas hormonas pueden modificar su concentración plasmática: hormonas tiroides, los estrógenos y los esteroides anabólicos la reducen en tanto que la hormona de crecimiento la incrementa, pero no se modifica por medicamentos hipolipemiantes o por la dieta.

ATEROGÉNESIS

La aterogénesis es la formación de placas de ateroma (génesis del ateroma o ateromatosis) o depósito lípido-celular en el subendotelio de las grandes arterias. El proceso se desencadena como consecuencia de la desregulación del metabolismo del colesterol en la íntima de las arterias. Normalmente el colesterol que llega a la pared arterial es consumido por fibroblastos y macrófagos. Además, el endotelio produce eicosanoides y otros factores antiaterogénicos que promueven la remoción de colesterol a través de las HDL.

Sin embargo, bajo circunstancias no bien precisadas tales como...

- el excesivo aporte de LDL (como se ve en las hiperlipoproteinemias secundarias) - la alteración de los receptores de la Apo-B100 y el clearence anómalo de las LDL (como se ve en la hiperlipoproteinemias primarias).

- las modificaciones de la secuencia de aminoácidos de la Apo-B100 (que media interacciones entre ésta y su receptor).

- los microtraumas en la pared vascular provocados por la HTA,

- el envejecimiento celular (a partir del efecto deletéreo de los radicales libres del oxígeno),

... las células endoteliales responden a la agresión produciendo factores de crecimiento, citoquinas y factores proinflamatorios que atraen macrófagos y desencadenan la proliferación de las células musculares lisas. Tanto los macrófagos como los miocitos se cargan de colesterol esterificado por fagocitosis de las LDL extracelulares y por la alteración de su metabolismo lipídico se convierten en células espumosas o foam cells. El acúmulo celular y de colesterol subendotelial levanta esta capa de tejido generando la placa incipiente. La intervención macrofágica subendotelial aumenta la reacción inflamatoria local que extiende la lesión, altera a los proteoglicanos (el contenido de heparán-sulfato en el tejido conectivo de la íntima arterial es antiaterogénico) y permite el depósito de calcio el cual lleva a la calcificación de la placa.

Finalmente, la placa se autoperpetúa no sólo por el aporte excesivo de LDL, sino porque en segunda instancia las plaquetas y las citoquinas contribuyen al crecimiento del ateroma. Cuando la obstrucción de la luz arterial es importante, los tejidos que son nutridos por ese vaso se quedan sin aporte de sangre (isquemia) y sobreviene la necrosis (infarto) (ver Figura 12).

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Figura 9: Estadios del establecimiento y progresión de aterosclerosis en la pared de una arteria.

(a) La pared arterial normal está compuesta por capas concéntricas de células. Frente a una injuria los leucocitos se adhieren a la pared del endotelio y migran dentro de la pared del vaso (b). Cuando en el plasma hay altos niveles de LDL o bajos niveles de HDL, los macrófagos que se encuentran en la íntima pueden acumular ésteres de colesterol provenientes de las LDL generando células espumosas. La acumulación de células espumosas en la pared del vaso produce una estría grasa (c). La generación de células espumosas y la migración de células de músculo liso de la capa media a la íntima están acompañadas por muerte celular, produciendo un avance en la placa aterosclerótica. La placa consiste en un corazón necrótico (que incluye cristales de ésteres de colesterol) y una capa fibrosa de células musculares y matriz extracelular. (d)

La placa aterosclerótica crece en el lumen de la arteria reduciendo el flujo sanguíneo llegando en algunos casos hasta a ocluir completamente la arteria En muchos casos la capa fibrosa se rompe induciendo la formación de un trombo que ocluye la arteria completamente.

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Figura 10: Generación de células espumosas en la pared arterial (a) En el sitio de infección o daño (1) los monocitos se adhieren y migran a través de la pared del endotelio activado hacia la íntima (2), donde se diferencian a macrófagos. Cuando los niveles de LDL plasmáticos son altos la concentración de LDL en la íntima es alta y parte es oxidado (LDLox) (3). Los receptores scavenger expresados por los macrófagos unen y endocitan las LDLox, que es degradada. Su colesterol se acumula como ésteres de colesterol en gotas lipídicas citosólicas conduciendo a la acumulación de colesterol y a la formación de células espumosas (4). Los macrófagos también expresan ABC-A1 y SR-BI que pueden mediar la salida del exceso de colesterol de las células en forma de HDL hacia la íntima

(5). (b) Micrografía de una arteria coronaria con una placa aterosclerótica conteniendo muchas células espumosas llenas de cristales esféricos de ésteres de colesterol. También están presentes algunas células de músculo liso que también contienen gotas lipídicas (flecha).

DIAGNÓSTICO DE DISLIPOPROTEINEMIAS Y EVALUACIÓN DEL RIESGO CARDIOVASCULAR

La presencia de un defecto en algún paso en el metabolismo de las lipoproteínas trae aparejadas alteraciones en la concentración y calidad de las lipoproteínas plasmáticas, expresadas como dislipoproteinemias.

Se demostró que existe una relación directa y estrecha entre el nivel de colesterol y la incidencia de la enfermedad coronaria, más aún, el descenso del colesterol plasmático detiene la progresión de la aterosclerosis y sus complicaciones.

Numerosos estudios demuestran que no es suficiente la medida del colesterol total, sino que es necesario conocer su distribución en las diferentes lipoproteínas, en especial HDL y LDL, y la relación que existe entre ellas.

El estudio de los lípidos plasmáticos debe realizarse no solamente para el diagnóstico de las dislipoproteinemias y el control de su tratamiento, sino también en una actitud preventiva, ya que el inicio de las lesiones ateroscleróticas se produce desde edad temprana, acelerándose con la presencia de otros factores de riesgo.

Es importante tener en cuenta algunas características del paciente como su edad y sexo, antecedentes personales y familiares de dislipemias o de enfermedad cardiovascular manifestada en edad temprana, y presencia de otros factores de riesgo

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concomitantes (hipertensión, tabaquismo, obesidad, diabetes, sedentarismo, hipercoagulabilidad, hiperuricemia, etc.).

De acuerdo a estos antecedentes y al objetivo del estudio, se decide cuáles serán los parámetros que van a conformar el perfil de lípidos adecuados para cada individuo.

Se sugiere un perfil lipídico básico como una primera aproximación al conocimiento del estado del metabolismo lipoproteico que comprende:

a) observación del aspecto del suero

b) colesterol total (CT)

c) triglicéridos (TG)

d) colesterol de HDL (c-HDL)

e) colesterol de LDL (c-LDL)

f) índice CT /c-HDL

Para realizar un estudio de lípidos se requiere un ayuno de 12 a 14 horas. Si el ayuno es menor, no logran metabolizarse completamente los Qm de la dieta.

a- En condiciones normales y en ayunas, el aspecto del suero es límpido. Cuando se incrementan las VLDL y/o aparecen los Qm, el suero se enturbia debido al gran tamaño de estas partículas. Las LDL no alteran el aspecto del suero dado su pequeño tamaño. Si el tiempo de ayuno no es el adecuado, puede apreciarse opalescencia en el suero, debido a la presencia de algunos Qm.

b- El valor de CT aislado, salvo que se encuentre francamente aumentado, aporta poca información en cuanto a la evaluación del riesgo cardiovascular. Es necesario conocer su distribución entre las dos lipoproteínas que principalmente lo transportan: la LDL (aterogénica) y la HDL (antiaterogénica).

No deben considerarse los valores normales de colesterol de una población, ya que se aprecia que los valores ideales no coinciden con los valores reales. Más importante que obtener un dato de CT dentro de los valores normales, es mantenerlo cerca del rango ideal correspondiente a la edad y al sexo, además de relacionar ese dato con las demás lipoproteínas. Así, según estudios poblacionales realizados, se recomienda que el CT no supere los 200 mg/dl.

c- Existe una discrepancia en la existencia de una asociación entre la

trigliceridemia y la enfermedad coronaria, por lo que deben evaluarse los niveles de TG junto a alteraciones cuanti/cualitativas de lipoproteínas. En general se considera menor a 150 mg/dl de plasma como valor deseable.

d- Se ha demostrado una correlación negativa entre el colesterol de las HDL y la incidencia de enfermedades ateroscleróticas y se puede afirmar que el c-HDL tiene un alto valor predictivo.

El valor medio de c-HDL es de 45 mg/dl para los varones y de 55 mg/dl para las mujeres premenopáusicas.

La concentración de HDL es regulada por un conjunto de factores moduladores. El ejercicio físico, el consumo moderado de alcohol, los estrógenos, entre otros, elevan los niveles de HDL. En cambio, el tabaquismo, el sedentarismo y el sobrepeso, son algunas de las circunstancias que producen el descenso en los niveles de c-HDL. El conocimiento de estos factores moduladores sirve para explicar las alteraciones del nivel de HDL y corregirlos en beneficio del paciente.

e- Con respecto al c-LDL, en general su valor se calcula por la fórmula de Friedwald (siempre que la concentración de TG no supere los 300 mg/dl):

c-LDL = CT - ( TG + c-HDL) 5

donde TG/5 sería una estimación del colesterol correspondiente a las VLDL. Con este cálculo no siempre se obtienen buenos resultados, dado que la relación TG/CT en las VLDL varía, aún más en los casos patológicos.

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Los valores deseables de c-LDL dependerán de cada paciente, en virtud de la presencia de otros factores de riesgo. Así, el c-LDL podría considerarse normal hasta 160 mg/dl. En caso de presentar dos o más factores de riesgo, el valor deseable de c-LDL debe ser menor a 130 mg/dl. En tanto que, en aquellos pacientes con enfermedad coronaria o equivalentes, el c-LDL no debe superar los 100 mg/dl.

f- Por otro lado, el valor de los índices CT/c-HDL (índice aterogénico o de Castelli) y de c-LDL/c-HDL, aportan más información que los datos aislados.

La relación c-LDL/c-HDL tiene la misma utilidad que CT/c-HDL, sin que hasta ahora se hayan demostrado mayores ventajas sobre esta última. Ambas otorgan un alto poder discriminador de enfermedad coronaria y una gran capacidad predictiva.

El valor esperado para un individuo sano de la relación CT/c-HDL se considera hasta 4,5 y el de la relación c-LDL/c-HDL no debe superar 2,9.

Estudios complementarios

1) Determinación de los valores plasmáticos de Apo B-100 y Apo A-I

A diferencia de las mediciones de c-HDL y c-LDL, las cuales son indirectas, los niveles de apoproteínas pueden medirse directamente. Por lo tanto, la medida de las apoproteínas B-100 y A-I contribuyen con mayor sensibilidad y exactitud a la detección y clasificación de individuos con riesgo o con enfermedad cardiovascular aterosclerótica.

Dado que sólo una molécula de Apo B-100 está presente en cada partícula de lipoproteínas, el valor de Apo B-100 indica el número total de lipoproteínas potencialmente aterogénicas. La Apo B-100 fue evidenciada como el mejor marcador de aterosclerosis en comparación a otros parámetros lipídicos y/o lipoproteicos dado que puede encontrarse aumentada aun cuando el colesterol total y c-LDL sean normales.

Por otro lado, la Apo A-I es el constituyente proteico mayoritario de las HDL, cuya función está relacionada con los procesos antiaterogénicos.

De lo expuesto se deduce la necesidad de tener en cuenta en algunos casos la determinación de las apoproteínas A-I y B-100 en el estudio de los lípidos. Ella debe realizarse especialmente en aquellos casos donde los demás parámetros lipídicos se encuentren dentro de los rangos normales y existan signos sospechosos de aterosclerosis o antecedentes familiares importantes.

2) Lipidograma electroforético

Para la tipificación de las dislipoproteinemias, en algunos casos, es de utilidad la realización de un lipidograma electroforético. Para ello, el plasma de un paciente es sometido a electroforesis utilizando un soporte de acetato de celulosa o gel de agarosa a pH 8,6, de forma similar a un proteinograma electroforético. Posteriormente, se realiza una tinción de los lípidos utilizando un colorante especial de lípidos, observándose entonces solamente las bandas de lipoproteínas. Se obtiene así un lipidograma electroforético en el cual se pueden observar cuatro bandas.

 Una primera banda, que migra con las - globulinas y contiene a las HDL.

 Una segunda banda, que migra una región inmediatamente anterior a la región  y se llama pre-, que contiene a las VLDL

 Una tercera banda, que migra con las -globulinas y corresponde a las LDL e IDL. Estas últimas se encuentran en muy baja proporción luego de un ayuno de 12 hs.

 Una última banda, que permanece en el origen, corresponde a los Qm, y que sólo aparece en estados patológicos o después de la ingestión de alimentos.

El lipidograma electroforético de un individuo normal con un ayuno de 12 horas contiene una banda  prominente (LDL) y una leve banda  (HDL). Apenas se observa la banda pre- (VLDL).

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Lipidograma electroforético Proteinograma electroforético

Figura 11: Representación de un lipidograma y un proteinograma de un individuo normal.

Valores de perfil lipídico y riesgo de enfermedad coronaria

Los valores deseables de CT, c-HDL, c-LDL y TG dependerán de cada paciente, en virtud de la presencia de otros factores de riesgo. La American Heart Association (2007,

www.americanheart.org) proporciona un conjunto de guías de los valores de dichas determinaciones en relación al riesgo de padecer enfermedad coronaria.

Colesterol total

< 200 mg/dl = valores deseados

200 – 239 mg/dL = límite de riesgo elevado ≥ 240 mg/dL = alto riesgo

Colesterol - HDL

< 40 mg/dL para hombres riesgo < 50 mg/dL para mujeres alto

40-50 mg/dL para hombres valores esperados en individuos

50-60 mg/dL para mujeres sanos (es mejor cuanto mayor es su nivel)

≥ 60 mg/dL = se asocia a un cierto nivel de protección contra enfermedad cardíaca

Colesterol – LDL

< 70 mg/dL = valores óptimos si posee un muy alto riesgo de padecer enfermedad cardíaca

< 100 mg/dL = valores óptimos si padece enfermedad cardíaca o diabetes 100 mg/dL - 129mg/dL = óptimo a casi óptimo

130 mg/dL - 159mg/dL = límite de alto riesgo 160 mg/dL - 189mg/dL = alto riesgo

≥ 190 mg/dL y más arriba = muy alto riesgo

Triglicéridos

< 150 mg/dL = normal

150 mg/dL – 199 mg/dL = límite de alto riesgo 200 mg/dL – 499 mg/dL = alto riesgo

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MATERIA QUÍMICA BIOLÓGICA - CICLO LECTIVO 2018 METABOLISMO DEL COLESTEROL

El colesterol es un compuesto alicíclico cuya estructura comprende:

- un núcleo ciclopentanoperhidrofenantreno formado por un anillo de fenantreno completamente reducido, unido a un ciclo de cinco átomos de carbono, formando cuatro anillos fusionados que se identifican con las letras A, B, C y D,

- un solo grupo hidroxilo en el C-3, - un doble enlace entre los C-5 y C-6,

- una cadena hidrocarbonada ramificada de ocho carbonos unida al anillo D en la posición 17,

- un grupo metilo (designado C-19) unido a la posición 10 y otro grupo metilo (designado C-18) unido a la posición 13.

La posición de los sustituyentes en los anillos está relacionada con el grupo metilo unido al C10. Éste se proyecta hacia arriba del plano constituido por los anillos A y B y se denomina sustituyente en posición � (beta). Este tipo de unión se representa con línea llena, en cambio los sustituyentes ubicados por debajo del plano se denominan � (alfa) y se indican con línea punteada.

Figura 12: Estructura del colesterol

En cuanto a sus propiedades físicas, el colesterol es un lípido muy poco soluble en agua. A temperatura ambiente (25°C), el límite de solubilidad es de 0,2 mg/100 ml. Sin embargo, la concentración plasmática de colesterol es individuos sanos es normalmente de 150 a 200 mg/100 ml, aproximadamente el doble de la concentración plasmática de glucosa. La alta solubilidad del colesterol en la sangre, se debe a la presencia de las lipoproteínas plasmáticas (principalmente LDL y VLDL) que tienen la capacidad de fijar y por lo tanto solubilizar grandes cantidades de colesterol. De hecho, sólo aproximadamente un 30% del colesterol circulante total se encuentra libre: el 70 % restante se encuentra en forma de ésteres de colesterol, en los que el colesterol (específicamente, el grupo OH unido a C-3 está esterificado por un ácido graso de cadena larga, generalmente linoleico. La presencia del ácido graso aumenta la hidrofobicidad del colesterol.

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Figura 13: Estructura de un éster de colesterol

Figura 14: Estructura de la LDL

El colesterol es un componente esencial de las membranas celulares de los mamíferos. También es abundante en la bilis, en donde su concentración normal es de 390 mg/100 ml. Solo aproximadamente el 4% del colesterol de la bilis está esterificado. La bilis no contiene cantidades apreciables de lipoproteínas y la solubilización del colesterol se logra por las propiedades detergentes de fosfolípidos hepáticos presentes en la bilis.

Una patología crónica del metabolismo de fosfolípidos hepáticos puede provocar una deposición de cálculos ricos en colesterol. Las sales biliares que son derivadas del colesterol, también ayudan a mantener al colesterol en solución.

El colesterol que puede provenir de la dieta o de la síntesis de novo en casi todas las células humanas, desempeña diversos roles fisiológicos relevantes. Es el esterol más abundante en el hombre y es un componente de virtualmente todas las membranas celulares, así como las membranas subcelulares y es particularmente abundante en las estructuras mielinizadas del sistema nervioso central. A diferencia de lo que ocurre en el plasma, la mayor parte del colesterol de las membranas celulares se encuentra en forma libre, no esterificada.

El colesterol es el precursor inmediato de los ácidos biliares que se sintetizan en el hígado y actúan facilitando la absorción de los triacilglicéridos y vitaminas liposolubles

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de la dieta. Por otra parte, los ácidos biliares son la forma más importante de eliminación de colesterol.

El colesterol es también el precursor de las hormonas esteroideas

(corticosterona, progesterona, estrógenos y andrógenos) y de la vitamina D.

BIOSINTESIS DE COLESTEROL

Aunque la síntesis de novo de colesterol ocurre virtualmente en todas las células humanas, es mayor en el hígado, el intestino, la corteza suprarrenal y los tejidos reproductores (ovarios, testículos y placenta). Todos los átomos de carbono del colesterol derivan del acetato, en forma de acetil-CoA. Para la síntesis de colesterol es también necesario un considerable poder reductor para formar los numerosos enlaces C-C y C-H. Este poder reductor proviene del NADPH que se obtiene a partir de la vía de las pentosas. La biosíntesis de colesterol es un proceso que ocurre en el citoplasma y es impulsado, en gran parte, por la energía que proviene de la hidrólisis de los enlaces tioéster de alta energía del acetil-CoA y los enlaces de alta energía del ATP.

Conversión de acetato en mevalonato

El mevalonato es el primer compuesto que pertenece exclusivamente a la vía de síntesis de colesterol y deriva del acetil-CoA. El acetil-CoA puede provenir de diversas fuentes:

1. -oxidación de ácidos grasos de cadena larga

2. oxidación de aminoácidos cetogénicos, como leucina e isoleucina 3. reacción de la piruvato deshidrogenasa

4. activación del acetato libre con ATP en una reacción catalizada por la enzima acetoquinasa (o acetato tioquinasa):

O

ATP + CH3COO- + CoA CH3 CO-SCoA + AMP + PPi

Los dos primeros pasos en la síntesis de colesterol son compartidos por la vía que produce cuerpos cetónicos. Dos moléculas de acetil-CoA se condensan formando acetoacetil-CoA en una reacción catalizada por la acetoacetil-CoA tiolasa (o acetil CoA: acetil-CoA acetiltransferasa), en la que se produce la ruptura de un enlace tioéster y la generación de coenzima A libre (CoASH).

acetil-CoA

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El paso siguiente introduce una tercera molécula de acetil-CoA, dando como producto, un compuesto ramificado el -hidroximetil--metilglutaril-CoA (o 3-hidroximetil-3-metilglutaril-CoA, HMG-CoA). Esta reacción es catalizada por la enzima HMG-CoA sintasa, de la cual existen dos isoenzimas en el parénquima hepático, una mitocondrial que participa en la formación de cuerpos cetónicos y otra citoplasmática, implicada en la síntesis de colesterol.

El paso que produce mevalonato a partir de HMG-CoA es catalizado por la enzima microsomal, HMG-CoA reductasa que requiere NADPH como reductor. En esta reacción se consumen 2 moles de NADPH por cada mol de HMG-CoA, se produce la hidrólisis del enlace tioéster del HMG-CoA y se genera un alcohol primario del mevalonato. Esta reacción de reducción es irreversible y da un producto de seis átomos de carbono. La

HMG-CoA reductasa cataliza el paso limitante en la síntesis de colesterol.

Conversión de mevalonato en escualeno

La transferencia escalonada del grupo -fosfato terminal de dos moléculas de ATP al mevalonato para formar 5-pirofosfomevalonato es catalizada por las enzimas

mevalonato quinasa y fosfomevalonato quinasa, respectivamente. En el paso siguiente,

se produce la descarboxilación del 5-pirofosfomevalonato, dando como producto

isopentenil pirofosfato. Esta última reacción es catalizada por la pirofosfomevalonato

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El isopentenil pirofosfato se transforma en su isómero 3,3-dimetilalil pirofosfato

en una reacción reversible catalizada por la enzima isopentenil pirofosfato isomerasa. La condensación del 3,3-dimetilalilpirofosfato y el isopentenil pirofosfato genera el

geranil pirofosfato.

La condensación escalonada de tres unidades pentacarbonadas de isopentenilo para formar la unidad de 15 carbonos farnesil pirofosfato, es catalizada por una enzima citoplasmática denominada geranil transferasa. A continuación, se produce la fusión de dos moléculas de farnesil pirofosfato (condensación cabeza-cabeza) para generar una molécula de 30 átomos de carbono denominada escualeno, con liberación de dos grupos pirofosfato. Esta reacción es catalizada por una enzima microsomal denominada escualeno sintetasa que requiere NADPH. La estructura del escualeno es bastante similar a la del colesterol, aunque carece de grupos hidroxilo.

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MATERIA QUÍMICA BIOLÓGICA - CICLO LECTIVO 2018 Conversión de escualeno en colesterol

La última etapa de este proceso biosintético comienza con la ciclización del escualeno. Este paso requiere oxígeno molecular y la participación del citocromo P450. El proceso comienza con la formación de un epóxido entre los C-2 y C-3 del colesterol con consumo de NADPH. La hidroxilación en el C-3 por medio del intermediario epóxido produce la ciclización del escualeno a lanosterol.

En este proceso, dos átomos de hidrógeno y dos grupos metilo migran a posiciones vecinas. Esta reacción es catalizada por un sistema enzimático microsomal compuesto al menos por dos enzimas: la epoxidasa o monooxigenasa y la ciclasa, que en diversas etapas requieren NADPH.

La transformación del lanosterol a colesterol comprende varios pasos y enzimas microsomales. Se remueve el grupo metilo de C-14, los dos grupos metilo en el C-4, se produce la migración del doble enlace del C-8 al C-5 y se reduce el doble enlace entre los C-24 y C-25 de la cadena lateral. Para esta última reacción se requiere NADPH.

De acuerdo al mecanismo descripto, para la formación de colesterol se requiere: 18 moles de acetil-CoA

18 moles de ATP 16 moles de NADPH.

El acetil-CoA que se emplea en la síntesis de colesterol proviene de las mitocondrias y es transportado al citoplasma en forma de citrato. En el citoplasma, el citrato es sustrato de la enzima citrato liasa que cataliza la siguiente reacción:

citrato liasa

citrato + ATP + CoASH acetil-CoA + ADP + Pi + oxaloacetato

Por lo tanto, por cada mol de acetil-CoA requerido en el citoplasma se utiliza un mol de ATP, de manera que el gasto energético total se incrementa en 18 moles más de ATP, es decir que el requerimiento energético total para la síntesis de un mol de colesterol es de 36 moles de ATP, cuando se considera el proceso a partir del acetil-CoA mitocondrial.

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REGULACION DE LA SINTESIS DE COLESTEROL

La reserva corporal de colesterol proviene de: 1) la absorción de colesterol de la dieta y 2) de su biosíntesis, principalmente en el hígado e intestino. Cuando se reduce la cantidad de colesterol de la dieta, se estimula su síntesis de manera de satisfacer los requerimientos celulares. El colesterol sintetizado de novo es transportado desde el hígado y el intestino a los demás tejidos en forma de lipoproteínas. Estos dos tejidos son los únicos capaces de producir apoproteína B, el componente proteico de las principales lipoproteínas transportadoras de colesterol: LDL y VLDL. La mayor parte de apoproteína B se secreta a la circulación en forma de VLDL, que se convierte en LDL en el plasma y en el hígado, al eliminarse los triacilglicéridos y la apoproteína C. Por el contrario, cuando la ingesta de colesterol aumenta, la síntesis de novo se suprime casi totalmente. Por lo tanto, la velocidad de síntesis de colesterol está en relación inversa con la cantidad de colesterol que se ingiere con la dieta, dado que el principal regulador de la síntesis de

novo de colesterol es el propio colesterol.

El sitio primario para la regulación de la síntesis de colesterol es la HMG-CoA reductasa, que cataliza la síntesis de mevalonato. El colesterol o sus metabolitos (7 -hidroxicolesterol, 7 -hidroxicolesterol, 7-cetoesterol, o 25-hidroxicolesterol) provocan una inhibición de su propia síntesis, inhibiendo la actividad de la enzima preexistente y además promoviendo la rápida inactivación de esta enzima por mecanismos no completamente elucidados. Tanto la síntesis de colesterol como la actividad de la HMG-CoA reductasa presentan un ritmo diario con valores máximos a medianoche y mínimos a mediodía. Esta enzima es también regulada por procesos de fosforilación-desfosforilación. Cuando la enzima es fosforilada por una reductasa quinasa independiente de AMPc pasa a un estado inactivo. La reductasa quinasa es, a su vez, activada por fosforilación catalizada por otra quinasa (reductasa quinasa quinasa), también independiente de AMPc. El estado desfosforilado de la HMG-CoA reductasa se produce por la acción de una fosfatasa, cuya actividad está regulada por una proteína inhibitoria, que es fosforilada por una quinasa dependiente de AMPc, de manera que a mayor fosforilación de la proteína inhibitoria es mayor su actividad y consecuentemente es menor la actividad de la fosfatasa. De esta manera, cuando la concentración de AMPc disminuye, se reduce la actividad de la proteína quinasa dependiente de AMPc, y la proteína inhibitoria de la fosfatasa está desfosforilada, por lo tanto, disminuye la inhibición de la fosfatasa, lo cual aumenta su actividad y con ello, aumenta la actividad de la HMG-CoA reductasa. Además de los mecanismos ya mencionados, la actividad de esta enzima es regulada por diversas hormonas: la insulina y la triiodotironina la aumentan, en tanto que el glucagon y los glucocorticoides la disminuyen. Las diversas hormonas actúan por distintos mecanismos que afectan la síntesis de la enzima, así como también mecanismos de fosforilación-desfosforilación.

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En un adulto normal sano con una dieta pobre en colesterol, se transportan al hígado unos 1300 mg de colesterol diarios para su eliminación, que proviene del colesterol reabsorbido en el intestino a través de la circulación enterohepática y de las HDL que transportan colesterol desde los tejidos periféricos al hígado. El hígado elimina el colesterol de tres maneras: 1) excreción en la bilis en forma de colesterol libre, y luego de su conversión a ácidos biliares; cada día se pierden unos 250 mg de sales biliares y 550 mg de colesterol de la circulación enterohepática, 2) esterificación y almacenamiento en el hígado en forma de ésteres de colesterol y 3) incorporación a lipoproteínas (VLDL y LDL) seguida de secreción hacia la circulación. En una dieta pobre en colesterol, el hígado

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sintetiza unos 800 mg de colesterol diarios para reemplazar las sales biliares y el colesterol perdidos en la circulación enterohepática a través de las heces.

El mecanismo de supresión de la síntesis de colesterol por el colesterol unido a LDL involucra la presencia de receptores específicos de LDL en la membrana plasmática. El primer paso del mecanismo de regulación implica la unión de la lipoproteína LDL a su receptor específico. Esta unión es saturable, de alta especificidad y alta afinidad. El receptor sólo reconoce LDL y VLDL, las dos lipoproteínas que contienen apolipoproteína B-100. La LDL se une al receptor en sitios de la membrana plasmática que poseen cavidades recubiertas de una proteína llamada clatrina, de manera tal que luego de la unión, el complejo lipoproteína-receptor se endocita en forma de vesículas recubierta de clatrina. Se denomina a este proceso endocitosis mediada por receptor. Dentro de la célula, las vesículas pierden la clatrina y se convierten en endosomas. En el paso siguiente, se fusionan los endosomas con lisosomas que contienen enzimas hidrolíticas, entre ellas proteasas y colesterol esterasas. El receptor de LDL se separa de la LDL y vuelve a la superficie celular. Dentro del lisosoma, los ésteres de colesterol de la LDL se hidrolizan por colesterol esterasas, produciendo colesterol libre y una molécula de ácido graso de cadena larga. El colesterol libre difunde al citoplasma, donde inhibe la actividad de la HMG-CoA reductasa y además suprime la síntesis de esta enzima. Asimismo, el colesterol activa a la enzima acil graso-CoA colesterol aciltransferasa (ACAT) del retículo endoplásmico que cataliza la formación de ésteres de colesterol, principalmente oleato de colesterol. La acumulación de ésteres de colesterol intracelulares provoca la disminución de receptores celulares de LDL de la superficie celular (mecanismo de

“down-regulation”) con lo cual queda bloqueada la captación y acumulación de colesterol.

El receptor de LDL es una glicoproteína monocatenaria. Numerosas mutaciones en el gen están asociadas con hipercolesterolemia familiar. Estos pacientes padecen ateroesclerosis acelerada. En la mayoría de los casos existe una falta de receptores de LDL funcionales debido a que los alelos mutantes producen muy poco o nada de proteína receptora de LDL. En otros casos, el receptor de LDL se sintetiza y se transporta normalmente hasta la superficie celular, sin embargo, al estar sustituido un aminoácido u otro tipo de alteración en la estructura de la proteína, se afecta la unión del ligando al receptor. Como consecuencia, disminuye la entrada de colesterol a las células, la síntesis

de novo no se inhibe, y aumenta el colesterol en sangre. Otros enfermos de

hipercolesterolemia con deficiencia de LDL son capaces de sintetizar el receptor, pero tienen un defecto en el mecanismo de transporte del mismo hacia la superficie celular. Finalmente, existe otra variante de esta patología en la que los receptores de LDL poseen un defecto en el extremo carboxilo y por ello no puede internalizarse el complejo LDL-receptor.

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El colesterol se encuentra en el plasma en un estado dinámico. Cuando el contenido de triglicéridos de los quilomicrones es reducido por la actividad de la lipoproteín-lipasa, se convierten en quilomicrones residuales, que son ricos en colesterol de la dieta (libre o esterificado). Estos quilomicrones residuales son captados por las células a través de un mecanismo de endocitosis mediado por receptor, análogo al de las LDL. Las HDL y la enzima lecitina-colesterol aciltransferasa (LCAT) desempeñan un papel fundamental en la eliminación del colesterol corporal. La LCAT cataliza la reacción reversible en la cual el ácido graso de la posición 2 de la fosfatidilcolina se transfiere al hidroxilo de la posición 3 del colesterol. La LCAT utiliza como sustrato el colesterol contenido en las HDL. El sistema LCAT-HDL protege a las células de los efectos nocivos de grandes cantidades de colesterol. Los ésteres de colesterol que se generan por la LCAT difunden hacia el núcleo de las partículas de HDL, donde son transportados desde los tejidos y el plasma hacia el hígado, único órgano capaz de metabolizar y excretar colesterol. A través de este mecanismo denominado de transporte inverso de colesterol, la LCAT participa en el transporte de colesterol desde los tejidos periféricos hasta el hígado.

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SINTESIS DE ACIDOS BILIARES

Los ácidos biliares son los productos finales del metabolismo del colesterol y representan la forma más importante de su eliminación del organismo. Los ácidos grasos primarios se sintetizan en los hepatocitos directamente a partir de colesterol.

Los ácidos biliares primarios más abundantes son los derivados del ácido colánico: el ácido cólico y el ácido quenodesoxicólico. Están constituidos por 24 átomos de carbono, contiene dos o tres grupos hidroxilo y tienen una cadena lateral que finaliza con un grupo carboxilo que está ionizado a pH 7 (por eso se denominan también sales biliares). El grupo carboxilo de los ácidos biliares está generalmente conjugado mediante un enlace amida con glicina o con taurina, formando así el ácido glicocólico o taurocólico, respectivamente.

En el intestino, los microorganismos transforman a los ácidos biliares primarios en secundarios (ácido desoxicólico y litocólico) con pérdida de un grupo hidroxilo. Los cambios estructurales de la molécula de colesterol para su conversión en ácidos biliares son: 1) epimerización del grupo hidroxilo del C-3, es decir que pasa de configuración beta a alfa; 2) reducción del doble enlace entre C-5 y C-6, 3) introducción de grupos hidroxilo en carbono 7 (ácido quenodesoxicólico) y en C-7 y C-12 (ácido cólico), acortamiento de la cadena lateral de 27 átomos de carbono en un ácido carboxílico de 24 carbonos que termina en un grupo carboxilo. Se forma un derivado con -CoA (colil-CoA) o quenodesoxicolil-CoA que son los dadores de acilo para la conjugación con glicina o taurina.

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Los ácidos biliares formados en el hígado se almacenan en Ia vesícula biliar y se excretan al intestino delgado. La capacidad de producción de ácidos biliares es insuficiente respecto a las demandas fisiológicas, por lo que es necesaria una circulación enterohepática eficiente para transportarlos desde el intestino al hígado varias veces por día. Luego de desprenderse del resto de glicina o taurina en el intestino, los ácidos biliares primarios son reabsorbidos por un mecanismo de transporte activo desde el intestino, principalmente el íleon, para volver al hígado a través de la vena porta. En parte, los ácidos biliares secundarios son reabsorbidos pasivamente en el colon retornando también al hígado y de allí a la vesícula biliar.

La síntesis hepática produce normalmente 0,2 a 0,6 g de ácidos biliares diariamente. La reserva de éstos en la vesícula es de 2 a 4 g. Dado que la circulación enterohepática recicla entre 6 y 12 veces diarias, la cantidad total de ácidos biliares absorbidos diariamente desde el intestino corresponde a unos 12 a 32 g. La biosíntesis de los ácidos biliares está regulada por la cantidad de éstos que retornan desde el intestino al hígado. Es decir, a mayor reabsorción, menor es la biosíntesis. Por otra parte, la síntesis está controlada por la cantidad de colesterol absorbido de la dieta y transportado al hígado.

Como ya dijimos, los ácidos biliares representan la única vía significativa por la que se puede excretar el colesterol; es decir que el esqueleto carbonado del colesterol no se oxida a CO2 y agua, sino que se excreta en la bilis en forma de colesterol libre y de ácidos biliares. Estos últimos impiden la precipitación del colesterol en la vesícula biliar.

Los ácidos biliares y los fosfolípidos solubilizan al colesterol en la bilis y actúan como agentes emulsionantes preparando los triacilglicéridos de la dieta para ser sustrato de la lipasa pancreática, a la que además activan. Por otra parte, también facilitan la absorción de vitaminas liposolubles en el intestino.

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Aproximadamente la mitad del colesterol eliminado es excretado en las heces luego de convertirse en ácidos biliares (esteroles fecales ácidos), el resto es eliminado como colesterol propiamente dicho y como esteroles fecales neutros. Estos últimos se forman por acción de microorganismos intestinales sobre el colesterol. Los principales son: el coprostanol o coprosterol, el colestanol o dihidrocolesterol y la colestanona. Los dos primeros se forman por reducción del doble enlace del C-5 quedando el H en posición beta o alfa respectivamente. En la colestanona el hidroxilo de C3 se oxida a cetona y el hidrógeno del C5 es alfa.

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