Ejercicio resuelto de Respiración celular · Biología · 2022

Comente el mecanismo metabólico utilizado por las células animales para degradar los ácidos grasos. Describa el proceso mediante un esquema claro e indique las etapas más relevantes del mismo y en qué parte o partes de la célula se producen. ¿Qué necesidades de la célula se satisfacen con este proceso? [1,25 puntos]

$\mathbf{\text{Comente}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{mecanismo}}\mathbf{\text{metab}}\acute{\mathbf{\text{o}}}\mathbf{\text{lico}}\mathbf{\text{utilizado}}\mathbf{\text{por}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lulas}}\mathbf{\text{animales}}\mathbf{\text{para}}\mathbf{\text{degradar}}\mathbf{\text{los}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{cidos}}\mathbf{\text{grasos.}}\mathbf{\text{Describa}}\mathbf{\text{el}}\mathbf{\text{proceso}}\mathbf{\text{mediante}}\mathbf{\text{un}}\mathbf{\text{esquema}}\mathbf{\text{claro}}\mathbf{\text{e}}\mathbf{\text{indique}}\mathbf{\text{las}}\mathbf{\text{etapas}}\mathbf{\text{m}}\acute{\mathbf{\text{a}}}\mathbf{\text{s}}\mathbf{\text{relevantes}}\mathbf{\text{del}}\mathbf{\text{mismo}}\mathbf{\text{y}}\mathbf{\text{en}}\mathbf{\text{qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{parte}}\mathbf{\text{o}}\mathbf{\text{partes}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lula}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{producen.}}\mathbf{\text{¿Qu}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{necesidades}}\mathbf{\text{de}}\mathbf{\text{la}}\mathbf{\text{c}}\acute{\mathbf{\text{e}}}\mathbf{\text{lula}}\mathbf{\text{se}}\mathbf{\text{satisfacen}}\mathbf{\text{con}}\mathbf{\text{este}}\mathbf{\text{proceso?}}\mathbf{\text{[1,25}}\mathbf{\text{puntos]}}$

El mecanismo es la BETA-OXIDACIÓN, también llamada hélice de Lynen. Recibe ese nombre porque el ataque oxidativo se produce sobre el carbono beta, el tercero contando el carboxilo como primero, y se llama hélice o espiral porque no es un ciclo cerrado: cada vuelta devuelve una molécula dos carbonos más corta, de modo que el proceso avanza en espiral hasta agotar la cadena.



Las etapas más relevantes, con su localización:

MOVILIZACIÓN, en el CITOSOL DEL ADIPOCITO. Las lipasas, activadas por el glucagón y la adrenalina, hidrolizan los enlaces éster del triacilglicérido y liberan glicerina y tres ácidos grasos, que viajan por la sangre unidos a la albúmina hasta la célula que los va a consumir.

ACTIVACIÓN, en el CITOSOL, sobre la cara externa de la membrana mitocondrial externa. La acil-CoA sintetasa une el ácido graso a una coenzima A formando acil-CoA, y para ello hidroliza un ATP hasta AMP y pirofosfato, es decir, gasta el equivalente a dos enlaces de alta energía. El ácido graso, por sí solo, es demasiado poco reactivo.

TRANSPORTE, a través de la MEMBRANA MITOCONDRIAL INTERNA. El acil-CoA no la atraviesa: su grupo acilo se transfiere a la carnitina, el complejo cruza mediante una translocasa y en la matriz se devuelve a otra coenzima A. Esta lanzadera de la carnitina es el punto de control de todo el proceso: regulando la entrada, la célula regula cuánta grasa quema.

BETA-OXIDACIÓN propiamente dicha, en la MATRIZ MITOCONDRIAL. Es una espiral de cuatro reacciones que se repite: una oxidación por la acil-CoA deshidrogenasa, que forma un doble enlace y reduce un FAD a ${\text{FADH}}_2$; una hidratación, que coloca un hidroxilo en el carbono beta; una segunda oxidación, que lo convierte en grupo cetona reduciendo un ${\text{NAD}}^{+}$ a NADH; y una tiólisis, en la que una coenzima A rompe el enlace entre los carbonos alfa y beta liberando un acetil-CoA y dejando un acil-CoA con dos carbonos menos, que vuelve a entrar. Un ácido graso de $n$ carbonos da $n\mathrm{/}2$ acetilos tras $(n\mathrm{/}2)-1$ vueltas: el palmítico, de 16, da 8 acetil-CoA en 7 vueltas.

DESTINO DE LOS PRODUCTOS, también en la mitocondria. Los acetil-CoA se condensan con el oxalacetato y se oxidan en el CICLO DE KREBS, en la matriz; las coenzimas reducidas de la espiral y del ciclo ceden sus electrones a la CADENA RESPIRATORIA de la membrana mitocondrial interna, donde la fosforilación oxidativa las convierte en ATP.

QUÉ NECESIDADES SATISFACE. Fundamentalmente la NECESIDAD DE ENERGÍA, y de la forma más rentable de que dispone la célula: los ácidos grasos son el combustible de mayor densidad energética, con unas 9 kilocalorías por gramo frente a las 4 de un glúcido, porque sus carbonos están muy reducidos y al oxidarlos se recorre un camino energético mucho más largo. La oxidación completa de un palmítico rinde en torno a 106 moléculas de ATP, frente a las 30 o 32 de una glucosa. Es el proceso que sostiene al organismo entre comidas, durante el ayuno y en el ejercicio prolongado, cuando el glucógeno se agota; el músculo cardíaco y el esquelético en reposo obtienen así la mayor parte de su energía.

Satisface además otras dos necesidades. Aporta ACETIL-CoA como precursor biosintético, materia prima para sintetizar colesterol, hormonas esteroideas y, en el hígado, CUERPOS CETÓNICOS, que en un ayuno prolongado sustituyen a la glucosa como combustible del cerebro. Y proporciona PODER REDUCTOR en forma de NADH y ${\text{FADH}}_2$. Conviene señalar lo que NO satisface: los ácidos grasos no pueden convertirse en glucosa, porque la descarboxilación del piruvato a acetil-CoA es irreversible, y por eso la grasa no puede cubrir la necesidad de glucosa de los eritrocitos ni la basal del cerebro.