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Metabolismo de Cuerpos Cetónicos

Los cuerpos cetónicos son una importante fuente de energía y su metabolismo es un proceso estrictamente regulado. Cuando las reservas de glucosa en el cuerpo se agotan, más ácidos grasos se ponen a disposición del hígado para su oxidación, lo que lleva a la producción de moléculas altas en energía, sobre todo acetil-CoA. El acetil-CoA puede entrar al ciclo del ácido cítrico en el hígado o puede ser utilizado para la síntesis de cuerpos cetónicos.

Última actualización: 2 May, 2022

Responsabilidad editorial: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Cuerpos Cetónicos y su Función

  • En el hígado se producen 3 tipos principales de cetonas:
    • Acetoacetato
    • Acetona: producto de la descarboxilación espontánea del acetoacetato o de la acción de la acetoacetato descarboxilasa
    • β-hidroxibutirato: el cuerpo cetónico más abundante derivado del acetoacetato por la D-β-hidroxibutirato deshidrogenasa
  • Otras cetonas se sintetizan a partir del metabolismo de los triglicéridos (i.e., β-cetopentanoato, β-hidroxipentanoato)
  • Los cuerpos cetónicos se producen durante los períodos de restricción calórica
  • Son liberados por el hígado después del consumo de glucógeno
  • Las cetonas tienen un olor afrutado característico
  • Funciones:
    • Fuente de energía para el corazón, cerebro y músculos
      • Se convierte en acetil-CoA en las células diana, que luego se utiliza para generar ATP en el ciclo del ácido cítrico
      • Acetoacetato produce 2 GTP y 22 ATP
    • El cerebro depende de los cuerpos cetónicos como su única fuente de energía durante los períodos de ayuno porque la barrera hematoencefálica no es permeable a los ácidos grasos

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Cetogénesis

  • Ubicación: mitocondrias de las células hepáticas
  • Momento: La cetogénesis ocurre en un estado de restricción calórica durante la hipoglucemia
  • Regulación:
    • La insulina (regulación primaria) inhibe la cetogénesis.
    • La activación de la proteína quinasa activada por monofosfato de adenosina promueve la cetogénesis.
    • Inhibición por etanol
    • Durante inanición, la acetil-coenzima A (CoA) se usa en la cetogénesis porque los intermediarios en el ciclo del ácido cítrico no están disponibles fácilmente.
  • Síntesis:
    • La tiolasa cataliza la combinación de 2 moléculas de acetil-CoA → acetoacetil-CoA
    • Enzima determinante de la velocidad: HMG-CoA sintasa convierte acetoacetil-CoA → β-hidroxi-β-metilglutaril-CoA (HMG-CoA)
    • HMG-CoA liasa rompe HMG-CoA → 1er cuerpo cetónico: acetoacetato
    • El acetoacetato puede formar otros cuerpos cetónicos:
      • D-β-hidroxibutirato (ácido β-hidroxibutírico) a través de la acción de la β-hidroxibutirato deshidrogenasa
      • Acetona por descarboxilación no enzimática
Steps required for the synthesis of ketone bodies

Pasos requeridos para la síntesis de cuerpos cetónicos

Imagen por Lecturio.

Transporte y Utilización

  • Los cuerpos cetónicos son entregados a las células como fuente de energía durante periodos de ayuno
  • El acetoacetato y el β-hidroxibutirato son cuerpos cetónicos solubles en agua que pueden viajar libremente a través de la sangre:
    • El acetoacetato puede descarboxilarse espontáneamente en acetona
    • El acetoacetato se puede convertir en 3-hidroxibutirato por la acción de la β-hidroxibutirato deshidrogenasa
  • La acetona no es una molécula productiva y es expulsada a través de los pulmones
  • Otros cuerpos cetónicos pueden excretarse en la orina antes de que lleguen a los tejidos objetivo para volverse energéticamente útiles
  • El acetoacetil-CoA es hidrolizado por la tiolasa en 2 moléculas de acetil-CoA, que se incorporan al ciclo del ácido cítrico
Utilización de cuerpos cetónicos

Ciclo del ácido cítrico

FFA: ácido graso libre
Imagen por Lecturio. Licencia: CC BY-NC-SA 4.0

Relevancia Clínica

  • Diabetes mellitus: la ausencia de insulina puede aumentar la β-oxidación de los ácidos grasos por influencia del glucagón. Este fenómeno aumenta drásticamente la producción de cuerpos cetónicos, produciendo un estado de cetosis. La cetoacidosis diabética ocurre cuando hay una acumulación prolongada de cetoácidos y otros ácidos producidos endógenamente en el torrente sanguíneo, lo que lleva a una acidosis metabólica con desequilibrio aniónico. La cetoacidosis diabética puede provocar confusión, respiraciones de Kussmaul y edema cerebral.
  • Cetosis: una condición que se observa en casos de ayuno prolongado, inanición y desnutrición (dietas extremadamente bajas en carbohidratos), donde las reservas de glucosa se agotan y la cetogénesis aumenta dramáticamente.
  • HMG-CoA: un intermediario en la síntesis de colesterol. La enzima HMG-CoA sintasa forma HMG-CoA a partir de acetil-CoA y acetoacetil-CoA y también es un intermediario en la cetogénesis. La enzima HMG-CoA liasa hidroliza HMG-CoA en acetil CoA y acetoacetato. Las estatinas son un grupo de medicamentos que bloquean la enzima HMG-CoA reductasa, que cataliza la síntesis de colesterol en el hígado. Las estatinas se usan más comúnmente en el tratamiento de enfermedades cardiovasculares.

Referencias

  1. Botham, K.M., Mayes, P.A. (2018). Oxidation of fatty acids: Ketogenesis. In V.W. Rodwell, D.A. Bender, K.M. Botham, P.J. Kennelly, P.A. Weil (Eds.), Harper’s Illustrated Biochemistry, 31e. New York, NY: McGraw-Hill Education. accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?aid=1160192486
  2. Elliott, B., Mina, M., Ferrier, C. (2016). Complete and voluntary starvation of 50 days. Clinical Medicine Insights. Case Reports, 9, 67–70. https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4982520/
  3. Paoli, A., Bosco, G., Camporesi, E.M., Mangar, D. (2015). Ketosis, ketogenic diet and food intake control: A complex relationship. Frontiers in Psychology, 6, 27. https://doi.org/10.3389/fpsyg.2015.00027

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