MOVIMIENTO Y METABOLISMO DE LOS LIPIDOS

Docente:

Lic. Huayta Arapa, Nilda

Materia:

Biología Celular y Molecular

Alumnos

Alegria Coral , Brandon Alcedo Lucas, Russel l Astete Vargas , Maryel Estefany Apolinario Ortega , Deysi Apac de la Cruz, Antony Aquino Rojas , Lindsay Aquino Sánchez , Gianmarco Bustillos Vidal , Lenit Bravo Valdez ,Luis Fernando Cachay Lu, Carlos Eugenio Cárdenaz Pérez , Arelis Cardenaz Ojeda , Gerald

HUÁNUCO – PERÚ2015

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DEDICATORIA

La presente monografía va dedicada a Dios, a nuestra familia, y a los maestros de la profesión médica que día a día nos encaminan en el sendero del conocimiento y la sabiduría.

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ÍNDICE

Introducción

Fosfolípidos y Esfingolípidos: síntesis y movimiento intracelular- Los ácidos grasos son precursores de fosfolípidos y esfingolípidos.- Proteínas citosólicas pequeñas se unen a los ácidos grasos no esterificados

para el movimiento dentro de la célula.- Fosfolípidos- Esfingolípidos- Las flipasas mueven fosfolípido- La FABP- Plasmalógeno

Movimiento lipídico hacia adentro y hacia afuera de las células

- El colesterol es sintetizado por enzimas en el citosol y en la membrana del Retículo endoplasmático.

- Numerosas moléculas bioactivas se producen a partir del colesterol y de sus precursores biosintéticos

- El colesterol y los fosfolípidos son transportados entre los orgánulos mediante mecanismos independientes del Golgi.

Regulación por retroalimentación del metabolismo lipídico celular

- Los transportadores de la superficie celular ayudan a movilizar ácidos grasos a través de la membrana plasmática

- Las proteínas ABC median la salida celular de fosfolípidos y colesterol:- Los lípidos pueden ingresar o salir en grandes complejos lipoproteicos bien

definidos- La célula utiliza diversos mecanismos por proteínas para incorporar lípidos

asociados a lipoproteínas

Biología celular de la aterosclerosis, el infarto del miocardio y el accidente cerebrovascular

- El transporte del RE al Golgi y la activación proteolítica controlan la actividad de los factores de transcripción SREBP

- Múltiples SREBP regulan la expresión de numerosas proteínas metabolizadoras de lípidos.

- Los miembros de la superfamilia de receptores nucleares contribuyen a la regulación de los lípidos en las células y en el cuerpo como un todo

Enfermedades relacionadas al metabolismo de lípidos.

- Aterosclerosis- Hipercolesterolemia- ß Sitoesterolemia- Enfermedad de Niemann - Pick- Enfermedad de Tangier

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INTRODUCCIÓN

Las células utilizan lípidos para almacenar energía, construir membranas, señalizar adentro de las células y entre ellas, censar el medio ambiente, modificar proteínas de manera covalente, formar barrera de permeabilidad especializada (ejemplo la piel), y proteger las células de compuestos químicos muy reactivos.

Los ácidos grasos son oxidados en la mitocondria para liberar energía para las funciones celulares. Se almacenan y transportan en forma de triglicéridos. Son precursores de los fosfolípidos, el esqueleto de la membrana celular.

El colesterol otro importante componente de la membrana celular, precursor de hormonas esteroideas y de los lípidos biológicamente activos que participan en la señalización intercelular .Derivados de los precursores de la síntesis del colesterol: vitaminas A, D, E, K (Liposolubles).En la mayoría de las células los lípidos son componentes de la membrana celular y en algunas células especializadas se almacenas lípidos (adipocitos).

Biosíntesis de lípidos: Los precursores solubles en agua se ensamblan formando intermediarios asociados con la membrana que luego se convierte en productos lipídicos de la membrana.

Movimiento lipídico: El movimiento de los lípidos en especial los componentes de membranas de diferentes orgánulos es crítico para el mantenimiento de la composición apropiada y las propiedades de la membrana y la estructura celular general, el Transporte intracelular lipídico es aun rudimentario. En cambio, el análisis del transporte de los lípidos hacia el interior, exterior y entre las células es más avanzado describiremos con ciertos detalles estos movimientos lipídicos mediados por diversas proteínas de transporte y receptores de la superficie celular.

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METABOLISMO Y MOVIMIENTO DE LOS LIPIDOS

Los lípidos son biomoléculas orgánicas formadas básicamente por Carbono e Hidrogeno, y generalmente en menos proporción, Oxigeno y pudiendo contener ocasionalmente Fosforo, Nitrógeno y Azufre. Son un grupo de sustancias muy heterogéneas que tienes en común estas características fundamentales: son insolubles en agua y solubles en disolventes orgánicos tales como éter, cloroformo, benceno, etc.

Basándonos en su composición química se clasifican en:

ÁCIDOS GRASOS: Son moléculas formadas por una larga cadena hidrocarbonada de tipo lineal y con un numero par de átomos de carbono, tienen en un extremo de la cadena un grupo carboxilo (-COOH).

Estos a su vez se pueden clasificar en dos grupos:

ÁCIDOS GRASOS SATURADOS: Los cuales solo tienen enlaces simples entre los átomos de carbono. Suelen ser sólidos a temperatura ambiente.

Ejemplos:

El ácido palmítico con 16 átomos de carbono.

El ácido esteárico con 18 átomos de carbono.

CH3(CH2)NCOOH

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ÁCIDOS GRASOS INSATURADOS: Tienen uno o varios enlaces dobles. Suelen ser líquido a temperatura ambiente.

Son ejemplos:

El ácido oleico con 18 átomos de carbono y un doble enlace.

El ácido linoleico con 18 átomos de carbono y dos dobles enlaces.

LÍPIDOS CON ÁCIDOS GRASOS (SAPONIFICABLES): Poseen ácidos grasos en su composición y podríamos clasificarlos en dos grupos:

- LÍPIDOS SIMPLES: En los que en su composición solo participan el carbono, hidrogeno y oxígeno. Dentro de ellos tenemos:

ACILGLICÉRIDOS: Llamados también glicéridos, son moléculas formadas por 1, 2 o 3 ácidos grasos unidos por un enlace ESTER al alcohol conocido como propanotriol.

CÉRIDOS: Llamados también ceras, son esteres de ácidos grasos de cadena larga, con alcoholes monohidroxílicos también de cadena larga, son

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totalmente insolubles al agua, esta característica la hace trascendental en la conformación del cabello de los animales y personas, cerumen del conducto auditivo, lanolina que protege a la lana de las ovejas, etc.

- LÍPIDOS COMPLEJOS: Son lípidos saponificables en cuya estructura molecular, además de carbono, hidrógeno y oxígeno, hay también nitrógeno, fósforo, azufre o un glúcido. Son consideradas moléculas anfipaticas, debido a que poseen regiones polares y no polares, hidrofílicas e hidrofóbicas respectivamente.

FOSFOLÍPIDOS: Son las moléculas más abundantes componentes de la membrana citoplasmática. Su zona polar se debe al ácido graso que lleva y su zona no polar debido al alcohol, Según el alcohol presente los fosfolípidos pueden ser: Glicerofosfolípidos, cuyo alcohol es el glicerol (fosfatidilcolina) y Esfingofosfolipidos, cuyo alcohol es la esfingosina (esfingomielina).

GLUCOLÍPIDOS: Forman parte de las membranas de las células animales, especialmente de las neuronas.

- LÍPIDOS SIN ÁCIDOS GRASOS (INSAPONIFICABLES): También conocidos como lípidos derivados, carecen de acidos grasos en su composición y aunque en cantidades relativamente pequeñas tienen papeles importantes como hormonas, vitaminas, etc.

ESTEROIDES: Deriva del ciclo pentano perhidrofenantreno, donde el colesterol cumple un papel vital como componente de la membrana celular ya que le da estabilidad, también es precursor de la vitamina D, entre otros.

VITAMINA D O CALCIOFEROL: Se forma a partir del colesterol, que ha sido expuesto a la luz UV del sol, la vitamina D que ha sido formada participa en la absorción del calcio de los alimentos a nivel del intestino delgado.

HORMONAS SEXUALES:

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TESTOSTERONA: Determina las características sexuales secundarias en el varón (ensanchamiento de hombros, cambio de voz, crecimiento del bigote, etc.)

ESTRÓGENO: Determina las características sexuales secundarias en la mujer (desarrollo de mamas, ensanchamiento de caderas, crecimiento del vello púbico, etc.)

PROGESTERONA: Estimula la maduración del ovulo.

HORMONAS SUPRARRENALES:

CORTISOL: Es una hormona hiperglicemiante, así mismo estimula la lipolisis y tiene función antiinflamatoria.

ÁCIDOS BILIARES: Como el ácido cólico que ayuda a la emulsión de las partículas grandes de grasas a partículas pequeñas que pueden ser atacadas por enzimas lipasas.

ISOPRENOIDES O TERPENOS: Son lípidos de origen vegetal, formados por unidades isopreno pueden ser lineales o cíclicos.

Las funciones que cumplen son:

ESENCIAS VEGETALES: Dan olor y sabor a las plantas como el mentol, geraniol, limoneno, alcanfor, eucaliptol, etc.

PIGMENTOS VEGETALES: Dan color a las plantas. Los más importantes son los carotenoides como el caroteno (anaranjado), la xantofila (amarillo) y el licopeno (rojo).

VITAMINAS LIPOSOLUBLES: Como la vitamina A (retinol), la vitamina E (tocoferol) y la vitamina K (menadiona).

PROSTRAGLANDINAS: Son lípidos cuya molécula básica está constituida por 20 átomos de carbono que forman un anillo, ciclo pentano, y dos cadenas alifáticas conocidas con el nombre de ácido araquidónico.

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FOSFOLIPIDOS Y ESFINGOLIPIDOS: SINTESIS Y MOVIMIENTO INTRACELULAR

Una célula no puede dividirse o agrandarse a menos que elabore suficiente cantidad de membranas adicionales para acomodar el área expandida de su superficie externa y sus orgánulos internos. Por lo tanto, la generación de nuevas membranas celulares es fundamental para la vida de una célula, como lo es la síntesis de proteínas o la replicación del ADN.

Aunque los componentes proteicos de las bio membranas son críticos para sus funciones celulares, las propiedades estructurales y físicas básicas de las membranas están determinadas por sus componentes lipídicos; principalmente fosfolípidos, esfingolípidos y esteroles, como el colesterol.

Las células deben ser capaces de sintetizar o incorporar de otros sitios estas moléculas para formar membranas. Un principio fundamental de la biosíntesis de la membrana es que las células sintetizan nuevas membranas sólo mediante la expansión de membranas existentes. Aunque algunos pasos iniciales en la síntesis de lípidos de la membrana tienen lugar en el citoplasma, los pasos finales son catalizados por enzimas unidas a membranas celulares preexistentes y los productos se incorporan a las membranas a medida que se generan. La evidencia de este fenómeno se observa cuando se exponen las células brevemente a precursores radiactivos, por ejemplo: fosfato o ácidos grasos; todos los fosfolípidos y esfingolípidos que incorporan estas sustancias precursoras se asocian con membranas intracelulares; ninguna se encuentra libre en el citosol. Después de su formación, los lípidos de la membrana deben distribuirse apropiadamente tanto en las hojuelas de una membrana dada como entre las membranas independientes de diferentes orgánulos en las células eucariontes.

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LOS ÁCIDOS GRASOS SON PRECURSORES DE LOS FOSFOLÍPIDOS Y OTROS COMPONENTES DE LA

MEMBRANA

Los ácidos grasos son componentes clave tanto de los fosfolípidos como de lo esfingolípidos; también anclan algunas proteínas a las membranas celulares. Por lo tanto, la regulación de la síntesis de ácidos grasos desempeña un papel fundamental en la regulación de la síntesis de la membrana como un todo. Un ácido graso consiste en una extensa cadena hidrocarbonada con un grupo carboxilo en un extremo.

Un ácido graso saturado (p. ej., palmitato) tiene sólo enlaces simples, y un ácido graso no saturado (p. ej., araquidonato) tiene uno o más enlaces dobles en la cadena hidrocarbonada.

Los principales ácidos grasos de los fosfolípidos contienen 14, 16, 18 o 20 átomos de carbono e incluyen tanto cadenas saturadas como insaturadas. Los ácidos grasos saturados que contienen 14 o 16 átomos de carbono se forman a partir de acetil CoA por dos enzimas: la acelil-CoA carboxilasa y la ácido graso sintasa. En las células animales, estas enzimas se encuentran en el citosol; en las plantas, se encuentran en los cloroplastos. El palmitoil CoA (16 carbonos) puede ser elongado hasta 18-24 carbonos mediante la adición secuencial de dos unidades de carbono en el retículo endoplásmico (RE) o a veces en la mitocondria.

Las enzimas desaturasas, también localizadas en el RE, introducen dobles enlaces en posiciones específicas en algunos ácidos grasos. La presencia de un doble enlace crea una angulación en la cadena hidrocarbonada que impide el empaquetamiento intramolecular. Como resultado, las membranas o las gotas del triglicérido en cuya composición los ácidos grasos insaturados están elevados (p. ej., los aceites de maíz y de oliva líquidos) tienden a ser más fluidas a temperatura ambiente que aquellas con una alta

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proporción de ácidos grasos saturados (p. ej., grasas animales sólidas). Dado que los seres humanos no pueden sintetizar ciertos ácidos grasos poliinsaturados, como el ácido linoleico y el ácido linolénico, deben obtenerlos de la dieta. Además de la síntesis de novo a partir del acetil CoA, los ácidos grasos pueden derivarse de la hidrólisis enzimática de triglicéridos. Los triglicéridos, la forma principal en la cual se almacenan los ácidos grasos y se transportan entre células, consisten en tres cadenas de acilos grasos esterificadas con glicerol; por lo tanto, también se denominan triacilgliceroles. La hidrólisis completa de una molécula de triglicérido produce tres moléculas de ácidos grasos no esterificados, o ácidos grasos libres (FFA), y una molécula de glicerol.

LOS ÁCIDOS GRASOS NO ESTERIFICADOS SE MUEVEN DENTRO DE LAS CÉLULAS UNIDOS A PROTEÍNAS

CITOSÓLICAS PEQUEÑAS

Los ácidos grasos no esterificados dentro de las células suelen estar unidos a las proteínas de unión a los ácidos grasos (FABP), que pertenecen a un grupo de proteínas citosólicas pequeñas que facilitan el movimiento intracelular de muchos lípidos. Estas proteínas contienen un bolsillo hidrófobo recubierto por láminas. Una extensa cadena de ácidos grasos puede introducirse en este bolsillo e interactuar en forma no covalente con la proteína circundante.

La expresión de las FABP celulares está regulada coordinadamente con los requerimientos celulares para la incorporación y liberación de ácidos grasos. Por lo tanto, los niveles de FABP se elevan en los músculos activos que están utilizando ácidos grasos para energía y en los adipocitos (células almacenadoras de grasa) cuando se encuentran ya sea incorporando ácidos grasos para ser almacenados como triglicéridos o liberando ácidos grasos para ser utilizados por otras células.

La importancia de las FABP en el metabolismo de los ácidos grasos se destaca al observar que pueden constituir tanto como el 5% de todas las proteínas citosólicas en el hígado y que la inactivación genética de las FABP del músculo cardíaco convierte al corazón de un músculo que, para obtener energía quema principalmente ácidos grasos, en uno que principalmente quema glucosa. Se conocen otras numerosas proteínas pequeñas solubles en agua con bolsillos hidrófobos de unión a los lípidos. Aunque cierta evidencia sugiere que estas proteínas participan en el transporte lipídico intracelular, falta establecer con certeza su función en este movimiento lipídico.

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LA INCORPORACIÓN DE ÁCIDOS GRASOS A LOS LÍPIDOS DE MEMBRANA TIENE LUGAR SOBRE LAS MEMBRANAS DE LOS

ORGÁNULOS

Los ácidos grasos no se incorporan directamente a los fosfolípidos; en las células eucariontes primero son convertidos en ésteres CoA. En las células animales, la síntesis posterior de muchos diacilglicerofosfolípidos a partir de los acilos grasos CoA, el glicerol 3-fosfato y los precursores de cabezas polares se lleva a cabo por enzimas asociadas con la cara citosólica de la membrana del RE, casi siempre el RE liso.

La mitocondria sintetiza algunos de sus propios lípidos de membrana e incorpora otros. En los tejidos fotosintéticos, el cloroplasto es el sitio para la síntesis de todos sus propios lípidos. Las enzimas que esterifican el grupo hidroxilo medio del glicerol tienen preferencia para la adición de ácidos grasos no saturados.

Además de los diacilglicerofosfolípidos, las células animales y algunos microorganismos anaerobios, sorprendentemente, contienen grandes cantidades de plasmalógenos, un tipo diferente de fosfolípido derivado del glicerol. En estas moléculas la cadena hidrocarbonada sobre el carbono 1 del glicerol se adhiere por un enlace éter, en vez del enlace éster hallado con los diacilfosfolípidos. En las células animales, la síntesis de plasmalógenos está catalizada por enzimas unidas a las membranas de los peroxisomas. Se sabe que los plasmalógenos son un reservorio importante de araquidonato, un ácido graso de cadena larga poliinsaturado que es un precursor para un gran grupo de moléculas de señalización denominadas eicosanoides (p. ej., las prostaglandinas, los tromboxanos y los leucotrienos). La liberación regulada de araquidonato desde los glicerofosfolípidos de membrana por la fosfolipasa A2 cumple un papel determinante de la velocidad en muchas vías de señalización. También derivado de un plasmalógeno, el factor activador de plaquetas (PAF) es una molécula señalizadora que cumple una función clave en la respuesta inflamatoria por el daño o la lesión tisular. Además, los plasmalógenos pueden influir en el movimiento del colesterol dentro de las células de los mamíferos.

Los esfingolípidos, otro grupo importante de lípidos de membrana, son derivados de la esfingosina, un amino alcohol que tiene una extensa cadena hidrocarbonada no saturada. La esfingosina se produce en el RE, comenzando con el acoplamiento de palmitoil CoA y serína; la adición de un grupo acilo graso para formar N-acílesfingosina (ceramida) también tiene lugar en el RE. La adición posterior de una cabeza polar a la ceramida en el Golgi produce esfingomielina, cuya cabeza está constituida por fosforilcolina y diversos glucoesfingolípidos, en los cuales la cabeza puede ser un

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monosacárido o un oligosacárido más complejo. La síntesis de algunos esfingolípidos también puede tener lugar en la mitocondria. Además de servir como esqueleto para los esfingolípidos, la ceramida y sus productos metabólicos son moléculas señalizadoras importantes que pueden influir en el crecimiento celular, la proliferación, la endocitosis, la resistencia al estrés y la apoptosis.

Después que se completa la síntesis en el Golgi, los esfingolípidos son transportados hacia otros compartimientos celulares a través de mecanismos mediados por vesículas. Por el contrario, los fosfolípidos, al igual que el colesterol, pueden moverse entre los orgánulos mediante mecanismos diferentes.

LAS FLIPASAS MUEVEN FOSFOLÍPIDOS DESDE UNA HOJUELA DE LA MEMBRANA A LA HOJUELA OPUESTA

Aun cuando los fosfolípidos se incorporan inicialmente a la hojuela citosólica de la membrana del RE, diversos fosfolípidos están distribuidos en forma asimétrica en las dos hojuelas de la membrana del RE y otras membranas celulares. Los fosfolípidos alternan de posición (flip-flop) espontáneamente desde una hojuela a la otra aunque de modo muy lento; no obstante pueden difundirse con rapidez de manera lateral en el plano de la membrana. Para que la membrana del RE se expanda (crecimiento de ambas hojuelas) y tenga distribuido asimétricamente los fosfolípidos, sus componentes fosfolipídicos deben ser capaces de alternar o pasarse rápida y selectivamente desde una hojuela de membrana a la otra.

La distribución asimétrica clásica de los fosfolípidos en las hojuelas de la membrana se rompe a medida que las células (p. ej., los glóbulos blancos) comienzan a envejecer o sufren apoptosis. Por ejemplo, la fosfatidílserína y la fosfatídíletanolamina se ubican de preferencia en la hojuela citosólica de las membranas celulares. La exposición acrecentada de estos fosfolípídos aniónicos sobre la cara exoplasmática de la membrana parece servir como señal para que los fagocitos eliminen y destruyan las células viejas o moribundas. La anexina V, una proteína que se une específicamente a los fosfolípidos aniónicos, puede marcarse fluorescentemente y utilizarse para detectar células apoptóticas en células cultivadas y en tejidos.

Aunque el mecanismo empleado para generar y mantener la asimetría fosfolipídica de la membrana no se comprende bien, está claro que las flipasas cumplen una función clave. Estas proteínas integrales de membrana facilitan el movimiento de moléculas fosfolípídicas desde una hojuela a la otra. Una de las flipasas mejor estudiadas es la proteína de los mamíferos ABCB4, un miembro de la

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superfamilia ABC de bombas moleculares pequeñas. La ABCB4 se expresa en ciertas células del hígado (hepatocitos) y mueve fosfatídílcolína desde la hojuela citoplasmátíca hacia la exoplasmátíca de la membrana plasmática para su liberación posterior dentro de la bilis en combinación con el colesterol y los ácidos biliares. Muchos otros miembros de la superfamilia ABC participan en el transporte celular de diversos lípidos.

Al principio se sospechó que la ABCB4 tenía actividad flipasa fosfolipídica debido a que los ratones con mutaciones homocigóticas con pérdida de función en el gen ABCB4 exhibían deficiencia de secreción de fosfatidilcolina hacía la bilis. Para determinar si la ABCB4 era de hecho una flipasa, los investigadores realizaron experimentos sobre una población homogénea de vesículas purificadas con ABCB4 en la membrana y con la cara citosólíca dirigida hacia afuera. Estas vesículas se obtuvieron introduciendo cDNA codificante de ABCB4 de mamífero dentro de un mutante sec de levaduras sensible a la temperatura. A la temperatura permisiva, la proteína ABCB4 era expresada por las células transfectadas y se movía a través de la vía secretoria a la superficie celular. Sin embargo, a la temperatura no permisiva, las vesículas secretorias no pueden fusionarse con la membrana plasmática, como sí lo hacen en las células de tipo silvestre, por lo que las vesículas que contienen ABCB4 y otras proteínas de las levaduras se acumulan en las células. Después de purificar estas vesículas secretorias los investigadores las marcaron in vítro con un derivado fluorescente de la fosfatídilcolina. El análisis de extinción (quenching) de la fluorescencia en la figura se utilizaron para demostrar que las vesículas que contenían ABCB4 exhibían cierta actividad flipasa dependiente de ATP, mientras que aquellas sin ABCB4 no lo hicieron.

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La alternancia de posición entre las hojuelas, la difusión lateral, y la fusión y fisión de la membrana no son los únicos procesos dinámicos de los fosfolípidos en la membrana. Sus cadenas de acilo graso y, en algunos casos, su cabezas están sujetas a remodelación covalente (p. ej., hidrolisis de esteres grasos mediante fosfolipasas y re síntesis por aciltransferasas). Otro proceso dinámico clave es el movimiento intra celular de fosfolípidos de una membrana a otra diferente. Sin duda, las membranas son componentes dinámicos de la célula que interactúan con los cambios en el medio ambiente intracelular y extracelular, y reaccionan con ellos.

COLESTEROL: UN LIPIDO DE MEMBRANA FUNCIONAL

Aunque los fosfolípidos son críticos para la formación de la clásica estructura bicapa de las membranas, las membranas de las células eucariontes requieren otros componentes, incluidos los esteroles. Aquí nos centramos en el colesterol, el principal esterol en las células animales y el lípido más abundante en la membrana plasmática (casi equimolar con todos los fosfolípidos). Entre el 50 y el 90% del colesterol en la mayoría de las células de los mamíferos está presente en la membrana plasmática y en las membranas de vesículas endocíticas emparentadas. El colesterol es también crítico para la señalización intracelular y tiene otras funciones que se describirán enseguida. Las estructuras del principal esterol de las levaduras (ergosterol) y del fitoesterol vegetal (p. ej., estigmasterol) difieren levemente de las del colesterol. Las pequeñas diferencias en las vías biosintéticas de los esteroles de hongos y animales y en sus estructuras son la base de la mayoría de los fármacos anti fúngicos utilizados hoy.

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EL COLESTEROL ES SINTETIZADO POR ENZIMAS EN EL CITOSOL Y EN LA MEMBRANA RE

En la se resumen las complejas series de reacciones que producen colesterol y otras diversas biomoléculas emparentadas. Las características básicas de esta vía son importantes en la síntesis de otros lípidos y la familiaridad con estas características ayuda a comprender la regulación lipídica, que se tratará más adelante. Los primeros pasos de la síntesis del colesterol (acetil CoA -7 HMG CoA) tienen lugar en el citosol. La conversión de HMG CoA a mevalonato, el paso limitante de la velocidad en la biosíntesis del colesterol, está catalizada por la HMG-CoA reductasa, una proteína integral de membrana del RE, aunque tanto un sustrato como un producto son solubles en agua. El dominio catalítico soluble en agua de la HMG-CoA reductasa se extiende al citosol, pero sus ocho segmentos transmembrana embeben la enzima con firmeza en la membrana del RE y actúan como un dominio regulador. Cinco de los segmentos transmembrana componen el denominado dominio sensor de esteroles. Como se describirá luego, dominios homólogos se hallan en otras proteínas que intervienen en el transporte y la regulación del colesterol.

El mevalonato, el producto de seis carbonos formado por la HMG-CoA reductasa se convierte, mediante varios pasos, en el compuesto isoprenoide de cinco carbonos isopentenil-pirofosfato (IPP)

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y su estereoisómero dimetilalilpirofosfato (DMPP). Estas reacciones son catalizadas por enzimas Citosólicas, como lo son las reacciones posteriores en las cuales seis unidades IPP se condensan para producir escualeno, un intermediario de 30 carbonos de cadena ramificada. Las enzimas unidas a la membrana del RE catalizan las múltiples reacciones que convierten el escualeno en colesterol en los mamíferos o en esteroles relacionados en otras especies. Debido a que una acumulación excesiva de colesterol puede conducir a la formación de cristales de colesterol dañinos, la producción y la acumulación de colesterol están estrechamente controladas. Por ejemplo, los ésteres de colesterol se forman a partir del exceso de colesterol y se almacenan como gotas lipídicas citosólicas. La acil:colesterol acil transferasa (ACAT), la enzima que esterifica los acilos grasos CoA con el grupo hidroxilo del colesterol, se localiza en la membrana del RE. Cantidades considerables de gotitas de éster de colesterol suelen encontrarse sólo en las células que producen hormonas esteroides y en las células espumosas, que contribuyen a la enfermedad arterosclerótica en las paredes arteriales. Las gotitas lipídicas intracelulares, ya sea compuesto de ésteres de colesterol o triglicéridos, tienen una cubierta proteica que sirve como interfaz entre el medio ambiente acuoso del citosol y el lípido. Las proteínas de la cubierta sobre las gotitas lipídicas en las células de los mamíferos se denominan perilipinas o proteínas emparentadas con las perilipinas, mientras que las olcosinas y sus proteínas relacionadas cubren las superficies de las gotitas lipídicas denominadas cuerpos de aceite en los vegetales.

NUMEROSAS MOLÉCULAS BIOACTIVAS SE PRODUCEN A PARTIR DEL COLESTEROL Y DE SUS PRECURSORES

BIOSINTÉTICOS

Además de su papel estructural en las membranas, el colesterol es el precursor de varias moléculas bioactivas importantes. Éstas incluyen los ácidos biliares, que se producen en el hígado y ayudan a emulsionar las grasas dietarías para la digestión y la absorción en los intestinos, las hormonas esteroides producidas por células endocrinas (p. ej., las glándulas suprarrenales, los ovarios, los testículos) y la vitamina D producida en la piel y en los riñones. Los artrópodos necesitan colesterol u otros esteroles para producir membranas y

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hormonas ecdisteroides, que controlan el desarrollo; sin embargo, no pueden producir los esteroles precursores por sí mismos y deben obtenerlos de la dieta. Otra función crítica del colesterol es su adición covalente a la proteína Hedgehog, una molécula señalizadora clave en el desarrollo embrionario.

El isopentenilpirofosfato y otros intermediarios isoprenoides de la vía del colesterol también sirven como precursores para más de 23.000 moléculas biológicamente activas. Algunas de estas moléculas se tratan en otros capítulos: diversos hemos, incluido el componente de unión al oxígeno de la hemoglobina y de los componentes transportadores de electrones de los citocromos; la ubiquinona, un componente de la cadena de transporte de electrones mitocondrial; las clorofilas, los pigmentos absorbentes de la luz de los cloroplastos; y el dolicol, un poliisoprenoide en la membrana del RE que cumple una función clave en la glucosilación de proteínas.

Los derivados isoprenoides abundan en las plantas, en las cuales forman perfumes y sabores, la goma y el látex, las hormonas y las feromonas, diversas moléculas defensivas, el ingrediente activo de la marihuana, la droga natural cardioprotectora digitalis, las drogas anti cancerígenas, como el taxol, y muchas otras. Dada la importancia de los isoprenoides como precursores biosintéticos, no es sorprendente que una segunda vía independiente del mevalonato para la síntesis de IPP haya evolucionado en las eubacterias (p. ej., E. coli), las algas verdes y las plantas superiores. En las plantas, esta vía se localiza en los orgánulos denominados plástidos y funciona sintetizando carotenoides, fitol (la cadena lateral isoprenoide de la clorofila) y otros isoprenoides.

EL COLESTEROL Y LOS FOSFOLÍPIDOS SON TRANSPORTADOS ENTRE LOS ORGÁNULOS MEDIANTE

MECANISMOS INDEPENDIENTES DEL GOLGI

Como ya se mencionó, los pasos finales de la síntesis del colesterol y de los fosfolípidos tienen lugar principalmente en el RE, aunque algunos de estos lípidos de membrana se producen en las mitocondrias y los peroxisomas (plasmalógenos). Por lo tanto, la membrana plasmática y las que limitan otros orgánulos (p. ej., el

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Golgi, los lisosomas) deben obtener estos lípidos por medio de uno o más procesos intracelulares de transporte. Por ejemplo, en una vía importante, la fosfatidilserina producida en el RE se transporta a la membrana mitocondrial interna donde es descarboxilada a fosfatidiletanolamina, algo de la cual regresa al RE para la conversión a fosfatidilcolina o bien se mueve hacia otros orgánulos.

Los lípidos de membrana acompañan a las proteínas solubles (luminales) y de membrana durante el tránsito vesicular a través de la vía secretoria mediada por el Golgi. Sin embargo, diversas líneas de evidencia sugieren que existe un movimiento sustancial de colesterol y fosfolípidos entre orgánulos a través de otros mecanismos independientes del Golgi. Por ejemplo, los inhibidores químicos de la vía secretoria clásica y las mutaciones que impiden el tránsito vesicular en esta vía no evitan el transporte de colesterol o de fosfolípidos entre las membranas, aunque alteran el transporte de proteínas y de esfingolípidos derivados del Golgi. Más aún, los lípidos de membrana producidos en el RE no pueden moverse hacia las mitocondrias por medio de las vesículas de transporte clásicas, puesto que no se encontraron vesículas que broten de las membranas del RE y se fusionen con las mitocondrias.

Se propusieron tres mecanismos para el transporte de colesterol y de fosfolípidos desde sus sitios de síntesis hacia otras membranas independientemente de la vía secretoria mediada por el Golgi. Primero, cierto transporte independiente del Golgi se efectúa muy probablemente a través de vesículas limitadas por membrana u otros complejos proteínalípidos. El segundo mecanismo involucra el contacto directo, mediado por proteínas, del RE o de membranas derivadas del RE con membranas de otros orgánulos. En el tercer mecanismo, pequeñas proteínas de transferencia lipídica facilitan el intercambio de fosfolípidos o colesterol entre diferentes membranas. Aunque se identificaron dichas proteínas de transferencia en estudios in vitro, su función en los movimientos intracelulares de la mayoría de los fosfolípidos no está bien definida. Por ejemplo, los ratones con una mutación knockout en el gen que codifica la proteína de transferencia de fosfatidilcolina parecen normales en la mayoría de los aspectos, lo que indica que esta proteína no es esencial para d metabolismo fosfolipídico celular.

Un componente bien establecido del sistema de transporte de colesterol intracelular es la jJroteína reguladora aguda esteroidogénica (StAR). Esta proteína, codificada en el DNA nuclear, controla la transferencia de colesterol desde la membrana mitocondrial externa rica en colesterol hacia la membrana interna pobre en colesterol, donde atraviesa los primeros pasos en su conversión enzimática a hormonas esteroides. El transporte de

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colesterol mediado por StAR es un paso regulado clave determinante de la velocidad de síntesis de las hormonas esteroides. La StAR contiene una secuencia señal N-terminal que dirige la proteína hacia la membrana mitocondrial externa y un dominio START (transferencia emparentada a la StAR) C-terminal que tiene un bolsillo hidrófobo de unión al colesterol. Similares dominios START se encuentran en varias proteínas implicadas en el transporte de colesterol intracelular, y estos dominios promueven la transferencia de colesterol en células cultivadas. Mutaciones en el gen StAR pueden causar hiperplasia suprarrenal congénita, una enfermedad mortal marcada por una reducción drástica de la síntesis de hormonas esteroides. Algunas otras proteínas implicadas en el transporte lipídico, incluida la proteína de transferencia de fosfatidilcolina ya mencionada, también contienen dominios START.

Un segundo contribuyente a los movimientos intracelulares de colesterol es la proteína Niemann-Pick C 1 (NPC1 ), una proteína integral de membrana localizada en el compartimiento lisosómico/endosómico tardío de movimiento rápido. Algunos de los múltiples segmentos del NPCl que atraviesan la membrana forman un dominio sensor del esterol similar al de la HMG-CoA reductasa. Mutaciones en la NPCl causan defectos en el colesterol intracelular y en el transporte glucoesfingolipídico y, en consecuencia, en la regulación del metabolismo del colesterol celular. Las células sin NPC 1 funcional o las tratadas con una droga que imita la pérdida de la función· de NPCl acumulan un exceso de colesterol en el compartimiento lisosómico/endosómico tardío. El transporte de colesterol en las células deficientes en NPCl se restablece mediante la sobreexpresión de Rab9, una GTPasa pequeña que participa en el transporte vesicular endosómico tardío. Este hallazgo sugiere que el tránsito vesicular cumple al menos un papel en el movimiento del colesterol dependiente de NPCl.

En los seres humanos, los defectos en la función de NPC1 causan un almacenamiento lipídico anormal en los orgánulos intraccluares, lo que conduce a anormalidades neurológicas, neurodegeneración y muerte prematura. En efecto, la identificación del gen defectuoso en dichos pacientes condujo al descubrimiento de la proteína NPC1.

La composición lipídica de membranas de diferentes orgánulos varía considerablemente. Algunas de estas diferencias se deben a los distintos sitios de síntesis. Por ejemplo, un fosfolípido llamado cardiolipina, que se localiza en la membrana mitocondrial, es producido sólo en La mitocondria y se transfiere poco a otros orgánulos. El transporte diferencial de lípidos también cumple un papel en la determinación de las composiciones lipídicas de diversas membranas celulares. Por ejemplo, aun cuando el colesteroles

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producido en el RE, su concentración (relación molar colesterol-fosfolípido) es de -1 ,5-13 veces mayor en la membrana plasmática que en otros orgánulos (RE, Golgi, mitocondria, lisosoma). Aunque los mecanismos responsables de establecer y mantener estas diferencias no se comprenden bien, la composición lipídica distintiva de cada membrana tiene una influencia fundamental en sus propiedades física.

MOVIMIENTO LIPIDO HACIA ADENTRO Y HACIA AFUERA DE LAS CELULAS

En los organismos multicelulares, sobre todo en los mamíferos, los lípidos a menudo entran y salen de las células y son transportados entre diferentes tejidos por la circulación. Dicho movimiento lipídico ayuda a mantener los niveles lipídicos corporales apropiados y tiene otras ventajas para un organismo. Por ejemplo, los lípidos de la dieta absorbidos en los intestinos o almacenados en el tejido adiposo pueden distribuirse a las células de todo el cuerpo. De esta forma, las células pueden obtener lípidos dietarios esenciales (linoleato) y pueden evitar gastar energía para su síntesis (colesterol), ya que la dieta permite disponer de ellos. La capacidad de algunas células para transportar lípidos permite la excreción del exceso de lípidos del cuerpo o su secreción en ciertos líquidos {p. ej., la leche en las glándulas mamarias). Además, la coordinación del metabolismo lipídico y energético de todo el organismo depende del transporte lipídico intracelular.

No es sorprendente que el transporte y el metabolismo lipídico intracelular e intercelular estén regulados coordinadamente, revisamos las primeras formas en las cuales las células transportan lípidos. En el primer mecanismo, la entrada o salida de moléculas lipídicas individuales está mediado por proteínas de transporte de la superficie celular. Los principios que subyacen a este mecanismo son similares a aquellos para las moléculas pequeñas solubles en agua, como la glucosa tratada. Una diferencia notable es que los lípidos hidrófobos, que son poco solubles en soluciones acuosas, suelen asociarse con proteínas de unión a lípidos en el espacio extracelular o en el citosol, en lugar de permanecer libres en solución. En el segundo mecanismo de salida y entrada de lípidos, los grupos lipídicos se empaquetan con proteínas dentro de partículas de transporte denominadas lipoproteínas. Estas lipoproteínas salen de las células por la vía secretoria clásica. Los lípidos transportados por lipoproteínas extracelulares son incorporados por las células a través de receptores de superficie.

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Los transportadores de la superficie celular ayudan a movilizar ácidos grasos a través de

la membrana plasmática

Durante muchos años se pensó que el transporte de ácidos grasos transmembrana no necesitaba una proteína mediadora porque estas moléculas hidrófobas pueden difundirse a través de las bicapas lipídicas. Aunque es probable que se produzca el transporte de algunos ácidos grasos independiente de proteínas, algunas células (p. ej., las células epiteliales intestinales, las células del músculo cardíaco y los adipocitos)deben entrar o sacar cantidades sustanciales de ácidosgrasos a una tasa tal, o de manera específica y regulada o ambas,que no es posible por mera difusión. En cultivos celularesy en experimentos de animales enteros se demostró quediversas proteínas integrales de membrana participan en laentrada de ácidos grasos. Estas proteínas incluyen diversasproteínas de transporte de ácidos grasos (FATP) y la proteínade superficie celular multifuncional, CD36. Esros transportadoresmedian el movimiento de sustratos a favor de susgradientes de concentración. Por el contrario, los transportadoresque median la salida de ácidos grasos aún no han sidoidentificados, aunque algunos, al menos, pueden mediar el transporte en forma bidireccional, según la dirección del gradientede concentración del ácido graso.

Debido a su escasa solubilidad en agua, la mayoría de losácidos grasos están unidos a una proteína transportadora en el citosol y el espacio extracelular acuosos. En los mamíferos, la principal proteína extracelular de uniónque entrega o acepta ácidos grasos es la albúmina del suero.La proteína más abundante en el plasma (parte líquida de lasangre) de los mamíferos, la albúmina, tiene sobre su superficieal menos un surco o hendidura de unión a lípido revestidacon hélices a hidrófobas. Además de mediar el transportede ácidos grasos, la albúmina media el transporte demuchos ácidos

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orgánicos aniónicos (p. ej., bilirrubina) y otrasmoléculas a través del torrente sanguíneo. Los principalestransportadores intracelulares de ácidos grasos son las proteínasde unión a los ácidos grasos ya descritas.

LAS PROTEÍNAS ABC MEDIAN LA SALIDA CELULAR

DE FOSFOLÍPIDOS YCOLESTEROL

La salida de fosfolípidos y colesterol puede deberse a laactividad simultánea de diversos miembros de la superfamiliaABC. El ejemplo mejor comprendidode este fenómeno está en la formación de la bilis, un líquidoacuoso que contiene fosfolípidos, colesterol y ácidos biliares,que derivan del colesterol. Después de que salen de los hepatocitos,los fosfolípidos, el colesterol y los ácidos biliares formanen la bilis micelas solubles en agua, las cuales se distribuyena través de conductos hasta la vesícula biliar, donde sealmacenan y se concentran. En respuesta a una comida quecontiene grasas, la bilis se libera al intestino delgado para ayudara emulsionar los lípidos dietarios y, por lo tanto, a la digestióny absorción por el cuerpo. Como veremos más adelante,la alteración del metabolismo biliar con fármacos puedeutilizarse para prevenir ataques cardíacos.

En la figura se resaltan las principales proteínas de transporte que median la secreción y el movimiento de loscomponentes biliares.

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Tres proteínas ABC mueven fosfolípidos,colesterol y ácidos biliares a través de la superficie apicalde las células del hígado hacia pequeños conductos.

Una de estas proteínas, la flipasa ABCB4, transfiere la fosfatidilcolina desde la hojuela citosólica hacia la exoplasmáticade la membrana apical de los hepatocitos, como se describióantes. El mecanismo preciso mediante el cual el exceso de fosfolípidosse desplaza de la hojuela exoplasmática hacia el espacioextracelular no es bien comprendido. Una proteína relacionada,la ABCB 11, transporta ácidos biliares, mientrasque las "hemi" proteínas ABCG5 y ABCG8 se combinan paraformar una única proteína ABC (ABCG5/8) que transportaesteroles hacia la bilis.

En el intestino, el transportador ileal de ácido biliar(IBAT) introduce ácidos biliares desde la luz hacia las célulasepiteliales intestinales. IBAT es un simportadorligado al Na•que usa la energía liberada porel movimiento del Na• a favor de su gradiente de concentraciónpara impulsar la incorporación de alrededor del95% delos ácidos biliares. Estos ácidos biliares introducidos en el ladoapical de las células epiteliales intestinales se mueven intracelularmentecon la ayuda de la proteína de unión de ácidosbiliares intestinales (I -BABP) hacia el lado basolateral.Allí, son sacados hacia la sangre por proteínas de transportemal caracterizadas (paso []) y regresan a las células del hígadomediante otro simportador ligado al Na• denominadoNTCP. Este ciclo de los ácidos biliares desde el hígadoal intestino y de regreso, denominado

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circulación enterohepática,está estrechamente regulado y cumple un papelprimordial en la homeostasis lipídica.

Dado que la cantidad de colesterol dietario suele ser baja,una fracción sustancial del colesterol en la luz intestinal" proviene del colesterol biliar secretado por el hígado. La ABCG5/8también se expresa en la membrana apical de las células epitelialesintestinales, donde ayuda a controlar las cantidades decolesterol y de esteroles derivados de las plantas absorbidos aparentemente mediante el bombeo hacia afuera de las célulasepiteliales de regreso a la luz de los esteroles absorbidos enexceso o no deseados. Como resultadoparcial de esta actividad, sólo alrededor del 1% de losesteroles vegetales dietarios, que no son metabólicamente útilespara los mamíferos, ingresan en el torrente sanguíneo. Losácidos biliares no absorbidos (normalmente < 5%, de los ácidosbiliares luminales) y el colesterol y los esteroles vegetalesno absorbidos se excretan por último con las heces.

Las mutaciones que inactivan los genes que codificanABCG5 o ABCG8 causan (beta-sitoesterolemia).Los pacientes con esta rara enfermedad genéticaabsorben cantidades anormalmente altas de esteroles tantovegetales como animales y su hígado secreta cantidades anormalmentebajas hacia la bilis. En realidad, los hallazgos delos estudios en pacientes con beta-sitoesterolemia fueron los primerosque implicaron estas proteínas ABC en la salida de esterolesde las células. Otras dos proteínas de transporte de la superficie celularmedian la salida de colesterol, fosfolípidos o ambos dela célula: la ABCAl miembro de la superfamilia ABC y unhomólogo del transportador de ácidos grasos CD36 denominadoSR-BL Estas proteínas se describirán en detalle enbreve, dadas sus importantes funciones en el metabolismo lipoproteico.

LOS LÍPIDOS PUEDEN SALIR O INGRESAR EN GRANDES COMPLEJOS LIPOPROTEICOS BIEN

DEFINIDOS

Para facilitar la transferencia masiva de lípidos entre lascélulas, los animales han desarrollado una eficiente alternativaa la entrada y salida de cada molécula mediadas por proteínastransportadoras de la superficie celular. Esta alternativa incorporacientos a miles de moléculas lipídicas dentro de transportadoresmacromoleculares solubles en agua, denominados lipoproteínas,que las células pueden secretar hacia la circulación o tomar de la circulación en forma conjunta.

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Una partícula lipoproteica tiene una cubierta compuesta deproteínas (apolipoproteínas) y una monocapa fosfolipídica quecontiene colesterol. La cubierta es anfipática porquesu superficie externa es hidrófila, lo que hace a estas partículassolubles en agua, y su superficie interna es hidrófoba.Adyacente a la superficie interna hidrófoba de la cubierta seencuentra un centro de lípidos neutros que contienen principalmenteésteres de colesterol, triglicéridos, o ambos. Pequeñascantidades de otros compuestos hidrófobos (p. ej., vitamina e,caroteno) también se transportan en el centro lipoproteico.

LAS LIPOPROTEÍNAS DE LOS MAMÍFEROS PERTENECEN A CUATROCLASES PRINCIPALES.

Tres de ellas -lipoproteína de alta densidad (HDL), lipoproteína de baja densidad (LDL) y lipoproteína de muy baja densidad (VLDL)- se denominan sobre labase de sus diferentes densidades. Cuanto más baja es la relación entre proteínas y lípidos, menor es la densidad. La cuartaclase, los quilomicrones, es la menos densa y contiene lamayor proporción de lípidos. Cada clase de lipoproteínas tienecomposiciones lipídicas y de apolipoproteínas, tamaños y funciones distintivas. Las VLDL y los quilomicronestransportan principalmente triglicéridos en sus centros,mientras que los centros de LDL y HDL consisten principalmenteen ésteres de colesterol. Las apolipoproteínas ayudana organizar la estructura de una partícula lipoproteica y a determinarsus interacciones con enómas, proteínas extracelularesde transferencia lipídica y receptores de superficie celular.Cada partícula LDL contiene una única copia de unagran (537-kDa) apolipoproteína denominada apoB-LOO incluidaen su capa externa. En cambio, variascopias de diferentes apolipoproteínas se encuentran encada una de las otras clases de lipoproteínas.Las lipoproteínas se producen en el RE, saquen por la vía secretoria y se remodelanen la circulaciónSólo dos tipos de lipoproteínas, la VLDL y los quilomicrones,se forman completamente dentro de las células medianteensamblaje en el RE, un proceso que necesita la actividad deproteínas microsómicas de transferencia. Las partículas ensambladasse mueven a través de la vía secretoria hasta la superficie celular y se liberan por exocitosis: las VLDL desde las célulasdel hígado y los quilomicrones desde las células epitelialesintestinales. Las LDL, IDL (proteínas dedensidad intermedia) y algunas HDL se generan extracelularmenteen el torrente sanguíneo y sobre las superficies de células mediante la remodelación de VLDL y quilomicrones secretados.Existen cuatro ti pos de modificaciones:

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• Hidrólisis de triglicéridos y fosfolípidos mediante lipasas y esterificación de colesterol mediante una aciltransferasa.

• Transferencia de éster es de colesterol, triglicéridos y fosfolípidos entre las lipoproteínas mediante proteínas detransferencia de lípidos.

• Captación, por parte de algunas partículas, del colesteroly los fosfolípidos salidos de las células.

• Asociación y disociación de algunas apolipoproteínas dela superficie de las partículas.

Por ejemplo, la VLDL secretada por los hepatocitos se convierteen IDL y finalmente en LDL, la cual puede distribuir luego su colesterol a las células a través de receptores de LDL. De manera similar, los quilomicrones que transportanlípidos dietarios desde los intestinos son convertidospor la actividad hidrolíticas de la lipasa en remanentes de quilomicrón,que son incorporados por el hígado por endocitosis. Pequeñas partículas de prebeta-HDL se generanextracelularmente a partir de las apoliproteínas apoA, secretadassobre todo por las células del hígado y del intestino, yde pequeñas cantidades de colesterol y fosfolípidos. Luego seconvierten en grandes partículas de HDL esféricas, que constituyenel grueso del HDL hallado en la sangre. La forma principal de crecimiento de las partículas prebeta-HDLes a través de la incorporación de fosfolípidos y colesterol quesalen de las células, con la ayuda de otra proteína ABC denominadaABCAl. A esta proteína se la asociócon la formación de HDL cuando se demostró que los defectosen el gen de ABCA 1 causan la enfermedad de Tangier's,un trastorno genético muy raro en el cual las personas afectadas casi no poseen HDL en la sangre. Luego de su incorporacióna la HDL, el colesterol es esterificado mediante la lecitina:y-colesterol aciltransferasa (LCAT), una enzima presente en el plasma. Grandes partículas de HDL pueden transferirsus ésteres de colesterol a otras lipoproteínas a través de laproteína de transferencia de ésteres de colesterol (CETP) o acélulas (en especial las células hepáticas y esteroidogénicas) a través del receptor SR-B1, tratado más adelante.

En la sección 18.5 veremos en detalle que la concentraciónde colesterol LDL plasmático (incluidos tanto el colesterolesterificado como el no esterificado) está directamente correlacionadacon el riesgo de enfermedad arteriocoronaria,mientras que la concentración de colesterol HDL plasmáticoestá inversamente correlacionada con ese riesgo. Por esta razón,a la LDL se la denomina popularmente "colesterol malo"y a la HDL, "colesterol bueno".

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LAS CÉLULAS UTILIZAN DIVERSOS MECANISMOS MEDIADOS POR PROTEÍNAS PARA INCORPORAR

LÍPIDOS ASOCIADOS A LIPOPROTEÍNAS

Para lograr una eficiencia máxima, los lípidos dentro delas lipoproteínas en circulación deben ser incorporados sólo por las células que los requieren para la formación de la membrana (p. ej., células en di visión), para la síntesis de hormonas esteroides (p. ej., células endocrinas), para producir energía (p. ej., células musculares) o para almacenamiento (célulasadiposas, células endocrinas). El direccionamiento de lípidos asociados a lipoproteínas hacia las células apropiadas se logra mediante una de estas dos formas: 1) hidrólisis extracelularparcial, local 'del núcleo de triglicéridos seguida por lacaptación de los ácidos grasos liberados mediante proteínasde transporte o 2) expresión regulada de receptores lipo proteicosde superficie celular que median la incorporación directade lípidos asociados con lipoproteínas.

El primer mecanismo de direccionamiento, por ejemplo,abastece las células con ácidos grasos para su utilización comofuente de energía en los músculos y su almacenamiento en eltejido adiposo. La enzima extracelular lipoproteinlipasa se adhieremediante cadenas de glucosaminoglucano (GAG) a la superficie de las células endoteliales de estos tejidos orientada haciala sangre. Luego los ácidos grasos liberados por la hidrólisisde triglicéridos en el centro de la VLD L y de los quilomicronescruzan la pared de los vasos sanguíneos e ingresan en lascélulas subyacentes a través de transportadores de ácidos grasos como FATP y CD36 (véase fig. 18-lüa). Este proceso llevaa la entrega de ácidos grasos a las células concomitantementecon la remodelación de las partículas lipoproteicas.

La expresión de distintos receptores lipoproteicos por diversostejidos también asegura que los lípidos se distribuyanen las células que los necesitan y puedan ser usados por ellas.

En cada caso de distribución facilitada por receptores, los ésteresde colesterol y los triglicéridos del centro lipoproteicodeben cruzar dos barreras topológicas para ingresar en el citoplasma:la cubierta, una monocapa fosfolipídica, de la partículalipoproteica y la bicapa de la membrana plasmática dela célula. En algún momento del proceso de distribución de loslípidos, las formas esterificadas, ubicadas en el núcleo lipídicopara su transporte, deben ser hidrolizadas a formas no esterificadas(colesterol, ácidos grasos) para poder ser utilizadaspor las células que las incorporan. Las células desarrollarondos mecanismos diferentes para la incorporación facilitadapor receptores de los lípidos del centro de la partícula lipoproteica:la endocitosis

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mediada por receptor de partículas lipoproteicascompletas y la incorporación lipídica selectiva deciertos componentes de las partículas lipoproteicas.

EL ANÁLISIS DE LA HIPERCOLESTEROLEMIA FAMILIAR REVELÓ LA VÍA PARA LA ENDOCITOSIS MEDIADA POR

RECEPTOR DE PARTÍCULAS LDL

No existe un mejor ejemplo de la relación sinérgicaentre la biología celular molecular básica y la medicinaque la historia del descubrimiento de la vía delreceptor de LDL (LDLR) para la distribución de colesterol a lascélulas. Las series de excelentes estudios que merecieron el premioNobcl y condujeron a este descubrimiento sirvieron comofuentes de profundización de la comprensión de los mecanismossubyacentes al metabolismo de las LDL, de las funcionesy propiedades de varios orgánulos clave de los sistemas celularesque regulan en forma coordinada vías metabólicas complejas,y de los nuevos enfoques para el tratamiento de la aterosclerosis.

Algunos de estos experimentos compararon el metabolismode LDL en células humanas normales y en células de pacientescon hipercolesterolemia familiar (HF), una enfermedadhereditaria caracterizada por colesterol LDL plasmáticoelevado y que ahora se sabe es causado por mutaciones enel gen LDLR. En los pacientes que tienen una copia normaly runa defectuosa del gen LD LR (heterocigoros}, el colesterolLDL está incrementado alrededor de dos veces. Aquelloscon dos genes LDLR defectuosos (homocigotos) tienen nivelesde colesterol LDL cuatro a seis veces mayor que el normal.Las personas con HF heterocigóticas suelen sufrir enfermedadcardiovascular alrededor de 10 años antes que laspersonas sanas, y los individuos con Hf homocigótica muerencasi siempre por infarto de miocardio antes de los 30 años de edad.

Aquí, ilustramos cómo los análisis de los defectos celularessubyacentes a la hipercolesterolemia familiar pueden aclararprocesos celulares normales. Primero consideremos experimentostípicos de cultivo celular en los cuales las interacciones de LDL Con células normales y homocigóticas Hf se examinaroncomo una función de la concentración de LDL, que definía alreceptor LDL de alta afinidad, y de la temperatura de incubación,que establecía la dependencia entre la incorporación de LDL y la temperatura. En estos experimentos se marcaronpartículas LDL purificadas con 1211, unido en forma covalentea las cadenas laterales de residuos de tirosina de la apoB-1 00 ubicada sobre la superficie de las partículas LDL. Se incubaroncultivos celulares de personas sanas y de pacientescon HF

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con el LDL marcado durante varias horas. Luego losinvestigadores determinaron cuánto LDL se unió a la superficiede las células, cuánto se internalizó y cuánto del componenteapoB-100 de la LDL fue degradado por hidrólisis enzimáticaa aminoácidos individuales. La degradación deapoB-100 se detectó mediante la liberación de ml-tirosina almedio de cultivo.

A partir de los resultados mostrados en la figura 18-14ª podemos ver que, en comparación con las células normales,las células HF homocigóticas son claramente defectuosas enla unión e internalización de la LDL añadida y en la degradaciónde apoB-100 a la temperatura fisiológica normal de37 "C. Las células homocigóticas esencialmente no exhibieronactividad alguna. Las células heterocigóticas exhibieronalrededor de la mitad de la actividad de las células normales.La forma de la curva de unión para las células normaleses compatible con un receptor que tiene alta afinidad porla LDL y es saturable. Nótese también que las curvas parala internalización y degradación de LDL tienen la mismaforma que la curva de unión. Más aún, cuando los experimentosse realizaron con células normales a 4 "C, se observó la unión de LDL, pero la internalización y la degradaciónse inhibieron. La baja temperaturanormalmente no inhibe la unión de moléculas a los receptoresde superficie celular, pero sí inhibe procesos como lainternalización y la degradación posterior de moléculas, quedependen del tránsito vesicular. Por lo tanto, estosresultados sugieren que la LDL primero se une a receptoresde superficie celular y luego se internaliza y degrada.Existe un último aspecto de estos resultados digno de mención.Después de incubar las células durante 5 horas a 37 "C,las cantidades de LDL internalizadas y de apoB-1 00 hidrolizadafueron mucho mayores que las de la LDL unida a lasuperficie. Este resultado indica que cada molécula receptorase unió y medió la internalización de más de una partículaLDL durante el período de incubación. En otras palabras, el receptor LDL se recicla.

Los experimentos de "pulso y caza" con radioisótoposcon células normales y una concentración fija de LDL marcadacon 1211 ayudaron a definir posteriormente el cursotemporal de los eventos en el procesamiento de LDL celularmediado por receptor. Estos experimentos demuestrancon claridad el orden de los eventos: unión de LDL a la superficie internalización degradación. Losresultados de estudios con el microscopio electrónico departículas LDL con una marca electrodensa, revelaron quela LDL primero se une a las fositas endocíticas cubiertas declatrina que se invaginan y brotan para formar vesículascubiertas y luego endosomas. Descubrimientosa partir de experimentos posteriores mostraron queel receptor de LDL reconoce la apoB-1 00 y una o dos apolipoproteínasestrechamente relacionadas; por lo tanto, launión mediante este receptor es

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altamente específica parala LDL. L a unión también es dependiente del pH: la uniónfuerte de LDL se produce al pH del líquido extracelular(7,4); una unión débil o ninguna unión se produce al pHmenor (""4,5-6) hallado en algunos orgánulos intracelulares(p. ej., los endosornas y los lisosomas). Debido a estapropiedad, el receptor de LDL libera la LDL que tiene unidadentro de vesículas intracelulares y puede ser recicladohacia la superficie celular.

Diversas mutaciones en el gen que codifica el receptor de LDL pueden causar hipercolesterolemia familiar. Algunas evitanla síntesis de la proteína LDLR; otras evitan el plegamientoapropiado de la proteína receptora en el RE y conducen a sus degradaciones prematuras; no obstante, otras mutacionesreducen la capacidad del receptor de LDL para un fuertemente LDL. Un grupo de receptores mutantes particularmenteinformativo se expresa sobre la superficie celular)une LDL normalmente, pero no puede mediar la internalizacióndel LDL fijado. Los análisis de dichos receptores de LDLdefectuosos llevaron al concepto de secuencias de internalización en las proteínas de la superficie celular destinadas a laendocitosis por medio de fositas cubiertas de clatrina, las señales de clasificación, ubicadasen los dominios citosólicos de ciertas proteínas de membrana,cumplen un papel clave en dirigir estas proteínas haciavesículas particulares.

Los resultados de estos estudios pioneros y otras investigacionescondujeron al modelo vigente para la endocitosis de LDL mediada por receptor y otras combinaciones receptor.

Después que las partícula sinternalizadas alcanzan los lisosomas, las proteasas lisosomicas hidrolizan su apolipoproteínas de la superficiey las esterasas de colesterol lisosómicas hidrolizan sucentro de ésteres de colesterol. El colesterol no esterificado entonces libre para abandonar el lisosoma y ser utilizadopor la célula, cuando sea necesario, en la síntesis de membranaso diversos derivados del colesterol. La salida de colesterolde los lisosomas depende de la proteína NPC1 ya mencionada.

Si la endocitosis mediada por LDLR no estuviera regulada,las células incorporarían LDL continuamente y acumularíancantidades masivas de colesterol derivado de LDL debido al reciclaje de receptores y el gran reservorio de LDL enel torrente sanguíneo. Ésta entrega la mayor parte de su colesterol al hígado, que expresa la mayoría de los receptores de LDL del cuerpo. El receptor de LDL interactúa con la apoB-100 sobrela superficie de partículas LDL; también se une a la apoEsobre las superficies de los remanentes de quilomicrón y a partículas lipoproteicas de densidad intermedia (IDL). Un receptoremparentado denominado LRP (proteína emparentadaa la LDLR) reconoce la apoE, pero no la apoB-100; por lo tanto, la LRP

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media la endocitosis de los remanentes dequilomicrón e IDL, pero no de LDL, por parte de los hepatocitos y algunas otras células.

LOS ÉSTERES DE COLESTEROL EN LAS LIPOPROTEÍNAS PUEDEN SER INCORPORADOS SELECTIVAMENTE POR EL

RECEPTOR SR-81

Algunos hallazgos de estudios sobre el metabolismo de laHDL condujeron al descubrimiento de un segundo mecanismodistinto de incorporación de lípidos asociados con lipoproteína facilitada por receptor. En estos estudios, los animales deexperimentación fueron inyectados con partículas HDL purificadasen las cuales las apolipoproteínas se marcaron con Iodo y los ésteres de colesterol del centro se marcaron con H. El hígado y los tejido productores de hormonas esteroides(esteroidogénicos) de los animales inyectados acumularon cantidades sustanciales del colesterol marcado, pero no las apolipoproteínas asociadas. De manera contraria, una gran cantidad de marca Iodo, pero no de marca H, se halló en losriñones, donde se degradan las apolipoproteínas. Estos hallazgosson incompatibles con la endocitosis mediada por receptorde la partícula completa. Preferentemente, las célulasesteroidogénicas y las del hígado incorporan selectivamenteésteres de colesterol desde los centros de partículas HDL sin acumular el componente de las cubiertas externas.

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El mecanismo detallado de la incorporación lipídicaselectiva aún no ha sido dilucidado, pero debe comprenderla hemifusión de la monocapa fosfolipídica externa de lalipoproteína con la hojuela exoplasmática de la membranaplasmática. Los ésteres de colesterol inicialmente ingresan enel centro hidrófobo de la membrana plasmática, luego se transfieren a través de la hojuela interna y son hidrolizados por estearasas de colesterol citosólicas, no lisosómicas. Las partículas remanentes sin los lípidos después de la transferencia lipídica de disocian del SR-B1 y regresan a la circulación; pueden entonces extraer mis fosfolípidos y colesterol de otras células por medio de la proteína ABCAl u otra proteína de superficie celular. Por último, las pequeñas partículas HDL sin lípidos, que circulan por el torrente sanguíneoson eliminadas mediante filtración por los riñones y se unen a diferentes receptoressobre células epiteliales renales. Una vez internalizada por endocitosis mediada por receptor,esas partículas son degradadas por los lisosomas.

El receptor SR·BI difiere del receptar LDl, en dos aspectosimportantes.Primero, el SR-Bl se agrupa sobre las microvellosidades y en los "rafts" lipídicos (balsas lipídicas) de la superficie celular, no en las fositas cubiertas, como sí lo haceel receptor LDL. Segundo, el SR-BI media la transferenciade lípidos a través de la membrana, no la endocitosis de partículasde LDL enteras, como la mediada por el receptor LDL.El receptor multifuncional SR-BI puede mediar la incorporaciónselectiva de lipoproteínas de diversos lípidos (por ejemplo los ésteres de colesterol, la vitamina E); también participa en la direcciónopuesta para facilitar la salida de colesterol no esterificado decélulas para unirse a lipoproteínas. El SR-81 tiene una estructura similar a la del transportador CD36 de ácidos grasos, y ambos pertenecen a la superfamilia de receptores de eliminación;como se tratará después, algunos de estos receptores cumpliríanun papel en la aparición de la aterosclerosis.

REGULACION POR RETROALIMENTACION DEL METABOLISMO LIPIDO CELULAR

Parece evidente que una célula sufriría una crisis rápidamentesi no tuviera suficientes lípidos para constituir cantidadesadecuadas de membranas o si tuviera tanto colesterolque se formasen grandes cristales y se dañaran las estructuras celulares. Para evitar estos sucesos desastrosos, las células mantienen niveles lipídicos apropiados a través de la regulaciónde su abastecimiento y la utilización de lípidos.Vimos cómo las células adquieren lípidos, mediante biosíntesis o incorporación 'y cómo transportan lípidos al exterior. Enesta sección consideramos la regulación del metabolismo lipídico celular, centrándonos en el colesterol. Sin embargo, lasvías

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reguladoras que controlan los niveles de colesterol celulartambién participan en el control de los ácidos grasos y elmetabolismo fosfolipídico. La regulación coordinada del metabolismode estos componentes es necesaria para mantenerla composición adecuada de las membranas.

Desde hace más de cincuenta años, se sabe que la vía bio-sintética del colesterol está sujeta a regulación por retroalimentación negativa por el propio colesterol. En efecto, fue laprimera vía bio-sintética que mostró exhibir este tipo de regulaciónpor producto final. A medida que aumentan los nivelesde colesterol celular, disminuye la necesidad de incorporarcolesterol a través del receptor LDL o de sintetizar elcolesterol adicional. Como consecuencia, la transcripción degenes que codifican el receptor LDL y las enzimas biosintéticas del colesterol disminuye. Por ejemplo, cuando células normales en cultivos se incuban con concentraciones crecientesde LDL, se suprime la expresión y la actividad de la TTMG.CoA reductasa, la enzima que controla la velocidad de la biosíntesis del colesterol, mientras que seincrementa la actividad de la acilo colesterol aciltransferasa (ACAT), que convierte elcolesterol a la forma esterificada de almacenamiento. De manerainversa, cuando el nivel de colesterol celular comienzaa caer a medida que las células utilizan más colesterol, la expresión del receptor de LDL y la HMG-CoA reductasa seincrementa y la actividad de la ACAT disminuye. Dicha regulación coordinada es una forma eficiente de mantener lahomeostasis celular del colesterol.

EL TRANSPORTE DEL RE AL GOLGI Y LA ACTIVACIÓN PROTEOLÍTICA CONTROLAN LA ACTIVIDAD DE LOS

FACTORES DE TRANSCRIPCIÓN SREBP

La regulación transcripcional dependiente del colesterol a menudo depende de elementos reguladores de esterol de 10 pares

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de bases (SRE),o de hemisitios SER, en los promotores de los; genes diana regulados,la interacción de las proteínas de unión al SRE (SREBP)con estos elementos de respuesta modula la expresión delos genes diana. Lo que no podría preverse en que la vía mediada por SREBP, donde el colesterol controla la expresión de proteínas involucrada el metabolismo del colesterol, comienza en el RE e incluye al menos otras dos proteínas además de la SREBP. Cuando las células tienen concentraciones adecuada.De colesterol, SREBP se halla en la membrana del RE y forma un complejo con la SCAP (la proteína activadora del corte de SREBP, la insig-1 (o su homólogo más cercano, inslg-2} y quizás otras proteínas SREBP tiene tres dominios distintos: un dominio citosólico N-terminal que incluye un motivo básico de unión al DNA hélice-bucle-hélice (bHLH) y funciona como un factor de transcripción, un dominio central anclado a la membrana que contiene dos hélices alfa transmembrana y un dominio regulador citosolico C-terminal. SCAP tiene ochohélices alfa transmembrana un gran dominio citosólico C-terminal que interactúa con el dominio regulador de SREBP. Cinco de las hélices transmembranas en la SCAP forman un dominio sensor de esterol, similar al de la HMG-CoA reductasa. El dominio sensor de esterol en SCAP se une fuertemente a insig-1 (2), pero solo con niveles elevado de colesterol celular. (unido insig 1(2) está fuertemente unida SCAP, bloquea la unión de ésta a las proteínas de la cubierta vesicular COPII, y por lo tanto, evita la incorporación del complejo SCAP/SREBP a la;vesícula de transporte del RE al Golgi en Cuando los niveles de colesterol celular caen, insig-1 (2) no se une más a SCAP y el complejo SCAP/SREBP puede moverse desde el RE al aparato de Golgi. En el Golgi, SREBP es cortada secuencialmente en dos sitios por dos proteasas unidas a la membrana, S1P y S2P. El segundo corte intramembrana en el sitio 2 libera el dominio N-terminal que contiene bHLH hacia el citosol. Este fragmento, denominado nSREBP (SREBP nuclear), se une directamente al receptor de incorporación nuclear y es translocado en seguida al núcleo Allí, nSREBP activa la transcripción de genes que contienen SRL en sus promotores, como los que codifican el receptor de LDL y la HMG CoA reductasa.

Despues del corte de SREBP en el Golgi, SCAP aparentemente se recicla de regreso hacia el RE donde puede interactuar con insig- 1(2) y otra molécula SREBP. Altos niveles de transcripción de los genes controlados por SRE requieren la generación de nuevas nSREBP debido a que es degradada con bastante rapidez por la vía proteosómica mediada por ubicuitina. La generación y degradación rápidas de nSREBP ayuda a las células a responder de inmediato a los cambios en los niveles de colesterol intracelular. En la vía SREBP/SCAP insig-1 (2) que controla el metabolismo celular del colesterol, la célula explota los movimientos intercompartimentales

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(RE-Golgi-citosol-núcleo),regulados por interacciones proteína-proteína dependientes del esterol y cortes proteolíticos postraduccionales, para activar un factor de transcripción unido a la membrana. El corte de SREBP en esta vía es uno de los varios ejemplos conocidos de proteolisis intramembrana regulada (RIP) Por ejemplo, RIP activa factores de transcripción en la via de señalisación Notch y en la respuesta de proteínas no plegada. RIP también es responsable de la generación de amiloide beta péptido tóxico que contribuye a la aparición de la enfermedad de Alzheimer.

MÚLTIPLES SREBP REGULAN LA EXPRESIÓN DE NUMEROSAS PROTEÍNAS METABOLIZADORAS DE

LÍPIDOS.

En ciertas circunstancias (p. ej., durante el crecimiento celular), las células necesitan un abastecimiento mayor de todo los lípidos, de membrana esenciales y de sus ácidos grasos precursores (regulación coordinada). Pero a veces requieren mayores cantidades de algunos lípidos que otros (regulación diferenciada). Por ejemplo, las células que producen ácidos biliares u hormonas esteroides necesitan un abastecimiento incrementado de colesterol, pero no de ácidos grasos o de fosfolípidos. La regulación compleja del metabolismo lipídico característico de los eucariontes superiores se debe en gran parte a una plétora de factores de transcripción, incluidos múltiples SREBP, que controlan la expresión de proteínas que participan en la síntesis, degradación, transporte y almacenamiento de lípidos. Existen tres isoformas conocidas de SREBP en los mamíferos: SREBP-1a y SREBP-1c, que se generan a partir del empalme alternativo de RNA producido por el mismo gen y SREBP-2, que es codificado por un gen diferente. Juntos, estos factores de transcripción regulados por proteasa controlan la disponibilidad no sólo del colesterol sino también de los ácidos grasos y de sus productos triglicéridos y fosfolípidos. En las células de los mamíferos, SREBP-1a y SREBP-1c ejercen mayor influencia sobre el metabolismo de los ácidos grasos que sobre el metabolismo del colesterol, mientras que el caso es inverso para SREBP-2.Los SREBP pueden regular las actividades de genes que codifican muchas proteínas diferentes. Dichas proteínas incluyen las que participan en la incorporación celular de lípidos (p. ej., el receptor LDL, el SR-BI, y la lipoproteinlipasa) y numerosas enzimas de las vías de síntesis de colesterol, ácidos grasos, triglicéridos y fosfolípidos. En oposición con la vía insig-1 (2)/SCAP/SREBP de las células de mamíferos, la vía homóloga de Drosophila no responde a cambios en los niveles de esterol celular. En cambio, la activación proteolítica de SREBP dependiente de SCAP

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es suprimida por altos niveles de fosfatidiletanolamina, el principal fosfolípido de las moscas de la fruta.

Estos hallazgos, resultado de una serie de elegantes experimentos que emplearon tantos inhibidores enzimáticos como de RNA de interferencia (RNAi), indican que el dominio sensor de estero! de la SCAP de Drosophila responde al nivel celular de fosfatidiletanolamina, no de colesterol. Por lo tanto, los denominados dominios sensores de esterol podrían llamarse con mayor propiedad dominios sensores de lípidos. Aún no se sabe si estos dominios se unen directamente a sus lípidos controladores o median la interacción con otras proteínas que unen directamente los lípidos (es decir, sensan los niveles de lípidos reguladores).

Como ya se mencionó, la HMG-CoA reductasa también contiene un dominio sensor de esterol. Este dominio percibe los altos niveles de colesterol, de algunos derivados del colesterol y de ciertos precursores no esteroides del colesterol, y desencadena la rápida degradación proteosómica de la enzima dependiente de ubicuitina. Como consecuencia, la actividad de la HMG-CoA reductasa decae y disminuye la síntesis de colesterol. Al igual que SCAP, la HMG-CoA reductasa se localiza en la membrana del RE y insig-1(2) se une a su dominio sensor de esterol. Esta unión también es dependiente del colesterol y es necesaria para la degradación proteosómica de la HMG-CoA reductasa dependiente de colesterol. Por lo tanto, la insig-1(2) de los mamíferos y el dominio de la SCAP sensor de esterol o la HMG-CoA reductasa parecen combinarse para formar un sensor de colesterol. Es probable que en el transcurso de la evolución, el dominio sensor de esterol y sus proteínas asociadas hayan sido eficaces para el reconocimiento de diversas moléculas lipídicas y se hayan incorporado a diversos sistemas reguladores con este propósito.

LOS MIEMBROS DE LA SUPERFAMILIA DE RECEPTORES NUCLEARES CONTRIBUYEN A LA

REGULACIÓN DE LOS LÍPIDOS EN LAS CÉLULAS Y EN EL CUERPO COMO UN TODO

Además de SREBP, diversos miembros de la superfamilia de receptores nucleares regulan el metabolismo lipídico. Los receptores nucleares son factores de transcripción que suelen activarse cuando están unidos a pequeñas moléculas de ligandos específicos.Ciertos receptores nucleares influyen en el metabolismo lipídico de todo el cuerpo al regular la absorción de lípidos dietarios, la síntesis celular de lípidos, la incorporación y la salida de lípidos mediada por

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proteínas de transporte, los niveles de lipoproteínas y de sus receptores, y el catabolismo de lípidos (p. ej., oxidación de ácidos grasos en peroxisomas) y su secreción del cuerpo. Algunos ligandos para los receptores nucleares son moléculas extracelulares que se difunden a través de la membrana plasmática (p. ej., hormonas esteroides) o ingresan en las células a través de los transportadores (p. ej., los ácidos biliares, los ácidos grasos). Alternativamente los ligandos generados dentro de una célula, incluidos el colesterol modificado por oxígeno (oxisteroles), los ácidos biliares, y ciertos ácidos grasos y sus derivados, pueden unirse a receptores nucleares dentro de la misma célula. Los receptores nucleares detectan los cambios en el nivel de todos los lípidos celulares clave uniéndose a los propios lípidos o a sus productos metabólicos. Cuando se activan, estos receptores estimulan o suprimen la expresión génica para asegurar que se mantengan los niveles fisiológicos apropiados de lípidos (regulación por retroalimentación para lahomeostasis celular). La unión de múltiples tipos de lípidos a receptores nucleares individuales permite que los receptores controlen coordinadamente varias vías metabólicas. Por ejemplo, los hepatocitos expresan LXR (receptor X del hígado), un receptor nuclear que sensa los niveles de oxisteroles.

Cuando el colesterol celular en el hígado se incrementa, se generan oxisteroles y activan el LXR. El LXR activado estimula la expresión de colesterol 7alfa-hidroxilasa, la enzima clave que limita la velocidad de la conversión hepática del colesterol en ácidos biliares, la vía principal para la deposición del exceso de colesterol del cuerpo. LXR también estimula la expresión de proteínas ABC que transportan colesterol hacia la bilis (ABCG5/8) o hacia lipoproteínas que circulan en la sangre (ABCA1). Además, promueve la producción de lipoproteínas y la modificación y expresión de SREBP-1c, que luego activa la transcripción de genes necesarios para la síntesis de ácidos grasos. El incremento de ácidos grasos resultante puede contribuir a la esterificación y a la síntesis de fosfolípidos para mantener la relación adecuada de colesterol a fosfolípidos. Por lo tanto, la detección de colesterol celular incrementado por LXR trae aparejadas diversas respuestas que evitan la acumulación del exceso de colesterol. Otro receptor nuclear, denominado FXR, se activa por la unión de ácidos biliares. Expresado en los hepatocitos y en las células epiteliales intestinales, FXR cumple un papel fundamental en la regulación de la circulación enterohepática de los ácidos biliares. FXR activado por los ácidos biliares estimula la expresión de la proteína intracelular de unión a ácidos biliares (l-BABP) y de proteínas de transporte (p. ej., ABCB11, NTCP) que median la entrada y salida celular de ácidos biliares.Por el contrario, el FXR activo reprime la expresión de la colesterol 7alfa-hidroxilasa, disminuyendo por lo

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tanto la síntesis de ácidos biliares en el hígado a partir de colesterol, otro ejemplo de inhibición por producto final de una vía metabólica. Tanto FXR como LXR funcionan como heterodímeros con el receptor nuclear RXR. En la siguiente sección veremos cómo el conocimiento de SREBP y de las vías reguladoras de receptores nucleares contribuyó a elaborar estrategias eficaces para reducir el riesgo de arteriosclerosis y de enfermedad cardiovascular.

BIOLOGIA CELULAR DE LA ATEROSCLEROSIS, Y EL INFARTO DE MIOCARDIO Y EL ACCIDENTE

CEREBROVASCULAR.

Aterosclerosis:

1. La Aterosclerosis es un proceso inflamatorio crónico en la pared de las grandes arterias que ocurren en respuesta a una agresión sobre el endotelio

2. La aterosclerosis, denominada a menudo obstrucción de las arterias dependiente del colesterol, se caracteriza por la progresiva deposición de lípidos, células y material de la matriz extracelular en la capa interna de la pared de una arteria. La distorsión resultante de la pared arterial puede conducir a un bloqueo importante del flujo de la sangre.

Referencia de la composición estructural y funcional de una arteria:

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Las células endoteliales forman una capa delgada, el endotelio, que reviste la pared del vaso sanguíneo adyacente a la luz a través de la cual fluye la sangre.

Capas concéntricas de la matriz extracelular:

1. INTIMA: Compuesta por colágenos amorfos, proteoglucanos y fibras elásticas

2. MEDIA: Compuesta por células de musculo, que influyen en la presión arterial.

3. ADVENTENCIA: Capa de tejido conectivo y células que forman la interfaz entre el vaso y el tejido a través del cual corre.

En circunstancias normales, el plasma y células sanguíneas fluyen suave y rápidamente a través de la luz de una arteria,un tipo de movimiento denominado flujo laminar. Cuando se produce una infección o un daño traumático dentro de las paredes de una arteria, los glóbulos blancos se adhieren levemente a la superficie luminar de la pared arterial y rueden.

Dentro de la pared arterial, los glóbulos blancos se diferencian a macrófagos, que luchan contra la infección de numerosas formas. Por ejemplo ,los macrófagos y otros leucocitos liberan proteínas y pequeñas moléculas que atacan directamente a las baterías y otros patógenos; estas a su vez fagocitan y destruyen macromoléculas dañadas y células infectadas o muertas .cuando la infección se cura, se repara el tejido dañado y los macrófagos restantes y otros leucocitos se mueven hacia afuera de la pared arterial y reingresan en la circulación.

Elementos centrales de la patogénesis de la aterosclerosis:

1. Daño crónico del endotelio.2. Acumulación de lipoproteínas en la pared del vaso

sanguíneo afectado.3. Modificación de las lipoproteínas acumuladas en la lesión

por oxidación.4. Adhesión de los monocitos sanguíneos al endotelio.5. Adhesión de las plaquetas.6. Liberación de factores por las plaquetas activadas.7. Proliferación de las células musculares lisas en la íntima.

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8. Aumento en la acumulación de lípidos, tanto intracelularmente y extracelularmente.

9. Las placas de ateroma pueden permanecer estables.10. Una placa puede devenir inestable si presenta una

capa fibrosa fina, un gran núcleo lipídico y un proceso inflamatorio importante.

INFLAMACIÓN ARTERIAL E INCORPORACIÓN CELULAR DEL COLESTEROL MARCAN LAS ETAPAS

INICIALES DE LA ATEROSCLEROSIS.

Durante la respuesta inflamatoria, los macrófagos de la pared arterial inflamada pueden endocitar cantidades sustanciales de colesterol de las lipoproteínas que se acumulan dentro de la pared arterial en ciertas sustancias. A medida que los macrófagos convierten el colesterol en esteres se llenan con gotas lipídicas de esteres de colesterol llamas células espumosas, a medida que estas se acumula en la pared arterial forman un deposito graso.

Las células del musculo liso secretan una matriz extracelular adicional, algunas internalizan cantidades suficientes de colesterol lipoproteico para volverse células espumosas.

El deposito inicial crece a medida que la enfermedad avanza y forma una placa aterosclerótica temprana o placa ateromatosa.Las células del interior de la placa mueren produciendo un centro necrótico. Los cristales de colesterol, suelen formarse dentro de una placa más avanzada, la cual es cubierta por una capa fibrosa compuesta de células de musculo liso y colágeno.

PLACAS ATEROSCLEROTICAS PUEDEN INPEDIR EL FLUJO SANGUINEO Y CONDUCIR A INFARTO DE

MIOCARDIO Y ACCIDENTES CEREBROVASCULARES.

A medida que una placa aterosclerótica se expande,se proyecta más y más hacia la luz de su vaso, estrechándola y

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distorsionando la forma normal del endotelio que reviste el vaso. Puesto que el flujo de la sangre a través de la arteria afectada esta reducido y alterado, disminuye la proporción de la sangre oxigenada rica en nutrientes, una condición conocida como isquemia.

Si la capa endotelial que cubre una placa s e resquebraja, puede formarse un gran coagulo sanguíneo de plaquetas y fibrina y bloquear u ocluir la arteria, el tejido que se encuentra por debajo de una oclusión queda pronto sin oxígeno y sin fuentes de energía. La extensión del daño depende del tiempo que la arteria permanezca ocluida y el tamaño del área afectada. La oclusión de una arteria coronaria puede provocar un infarto de miocardio; la de una arteria que nutre el cerebro un accidente cerebrovascular.

La dilatación con balón,la eliminación de placas, la inserción de endoprótesis metálicas, y el injerto de un vaso sanguíneo de derivación son algunos tratamientos quirúrgicos para el bloqueo avanzado de las arterias coronarias.

LA CAPTACION DE LDL INDEPENDIENTE DE LDLR LLEVA A LA FORMACION DE CELULAS ESPUMOSAS.

Cuanto mayor es la concentración de LDL plasmático y mayor es la concentración de LDL en la pared arterial, más rápidamente se acumula y se desarrollan las células espumosas para formar depósitos grasos temprnnos .dado estos hechos podría sospecharse que la endocitosis mediada por LDLR es responsable de la formación de células espumosas .Razones por las cuales no puede ser verdad:

1. PRIMERO: La actividad del LDLR está bajo la regulación de retroalimentación controlada por SREBP dependiente de colesterol, que mantiene los niveles de colesterol dentro de un rango estrecho.

2. SEGUNDO: En los pacientes hipercolesterolemia familiar que carecen de la actividad LDLR y tienen altos niveles plasmáticos de LDL, el comienzo de aterosclerosis se produce a edades mucho menores y progreso se acelera de manera notable en comparación de las personas sanas.

En consecuencia, un mecanismo independiente de LDLR es responsable de la incorporación celular de colesterol LDL que conduce a la formación de células espumosas.

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GENERACION DE CELULAS MACROFAGICAS ESPUMOSAS EN LA PARED ARTERIAL.

En un sitio de infección o daño los monocitos se adhieren y migran a través de la capa celular endotelial hacia el interior de la íntima, donde se diferencian en macrófagos. Cuando los niveles de LDL plasmático son altos, la concentración de LDL en la íntima también lo es ya algo del LDL es oxidado a OXLDL o se modifica de otra forma. Se propuso que los receptores de eliminación se unen a OXSLDL,la endocitar y luego la degradan. Su colesterol se acumula como estrés de colesterol en gotas lipídicas, lo que conduce a la acumulación de colesterol y formación de células espumosas. Los macrófagos expresan ABCA1 y SR-B1, que median la salida del exceso de colesterol celular hacia la HDL de la íntima. Por lo tanto la acumulación de colesterol está determinada por la relación entre la incorporación de colesterol derivado de LDL y su salida hacia HDL.

TRANSPORTE INVERSO DEL COLESTEROL MEDIANTE LA HDL PROTEJE CONTRA LA ATEROSCLEROSIS.

La concentración de colesterol HDL en el plasma esta inversamente correlacionada con el riesgo de aterosclerosis y enfermedad cardiovascular. Diversas propiedades de la HDL podría contribuir a su aparente capacidad para proteger contra la aterosclerosis, la HDL puede eliminar el colesterol de las células en los tejidos extrahepaticos y distribuir el colesterol al hígado ya sea por incorporación lipídica selectiva mediada por el receptor SR-B1 o indirectamente transfiriendo su colesterol a otras lipoproteínas que son ligandos de receptores endociticos hepáticos .el exceso de colesterol puede luego secretase a la bilis y excretarse por ultimo del cuerpo.

El transporte tiene como finalidad disminuir tanto el colesterol intracelular en los macrófagos como la cantidad total de colesterol transportado por el cuerpo, reduciendo así directa e indirectamente la formación de células espumosas. Existe una competencia entre la distribución de colesterol mediada por HDL ,hacia las células de la pared arterial y la eliminación mediado por HDL del exceso de colesterol de esas células. La proporción de LDL plasmático a la de colesterol HDL se considera un indicador mucho mejor de riesgo de enfermedad cardiovascular que la concentración total de colesterol plasmático.

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La misma HDL y algunas enzimas plasmáticas asociadas con la HDL pueden suprimir la oxidación de LDL. La menor oxidación de LDL reduce los sustratos para los receptores de eliminación sobre los macrófagos, impidiendo que estos acumulen colesterol LDL y formación de células espumosas. Por último, la interacción de HDL con el receptor SR-B1 puede estimular la actividad de NO (óxido nítrico)sintasa endotelial y conducir a la mayor producción de NO. Esta molécula de señalización puede difundirse dentro del musculo liso vascular adyacente e inducir su relajación. La relajación del musculo liso trae aparejada la dilatación de la luz arterial y un aumento del flujo de la sangre lo que ayuda a prevenir al isquemia y daño tisular.

La hipercolesteronemia:La hipercolesterolemia familiar (HCF) es una dislipidemia

hereditaria caracterizada por una elevación permanente y aislada de las lipoproteínas de baja densidad (LDL) circulantes. Su prevalencia se estima en 1/500 para la forma heterocigota con transmisión dominante, pero también se han descrito formas más raras de la enfermedad. La HCF presenta frecuentemente una transmisión codominante con dos formas clínicas. Por lo general, la forma heterocigota es clínicamente silenciosa, pero puede ser diagnosticada a cualquier edad mediante un perfil lipídico completo (realizado después de un ayuno de más de 12 horas) y de marcadores diagnósticos basados en el historial familiar (al menos de tres generaciones) o un historial personal de enfermedad arterial coronaria, depósitos extravasculares e hipercolesterolemia aislada, que no responda a una dieta controlada de lípidos. La forma

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homocigota es muy rara (1/1 millón), con aparición durante los dos primeros años de vida y caracterizada por: depósitos extravasculares de colesterol (xantomas cutáneos o tendinosos), niveles de LDL > 3,30 g/L y arteriopatía (estenosis aórtica, enfermedad arterial coronaria) que se manifiesta antes de los 10 años de edad. La hipercolesterolemia de herencia recesiva (menos de 20 casos descritos hasta el momento) se caracteriza por xantomas y/o aterosclerosis en niños con hipercolesterolemia grave, nacidos de padres con niveles lipídicos normales. La HCF está causada por mutaciones que resultan en un defecto en la endocitosis de LDLs. Para las formas dominantes, se han identificado mutaciones en los genes: LDLR (responsable de entre los 2/3 y 3/4 de los casos con herencia dominante), APOB, que codifica para el receptor ligando LDL y PCSK9, un modulador de la endocitosis hepática. Las mutaciones responsables de las formas recesivas se han identificado en los genes LDLRAP1 y ABCG5/ABCG8. El diagnóstico diferencial debe incluir la hiperlipidemia familiar combinada (recuento total de lípidos > 2g/L, en múltiples parientes) y la hiperlipidemia poligénica combinada (caracterizada por hiperlipidemia LDL moderada fluctuante, normalizada con una dieta controlada en lípidos, sin historial familiar de HCF a lo largo de tres generaciones). Los marcadores diagnósticos permiten distinguir clínicamente las formas adultas o infantiles heterocigotas de las formas combinadas. El diagnóstico se confirma mediante genética molecular. Debido al alto riesgo de enfermedad cardiovascular, el diagnóstico de HCF en un individuo, debe conducir a la exploración y manejo de toda su familia. El manejo debe comenzar tan pronto como sea posible, preferiblemente durante la fase de latencia de la enfermedad, cuando las manifestaciones arteriales son reversibles. El diagnóstico prenatal puede proponerse a las familias que presenten al menos un caso de HCF homocigoto, y las que las mutaciones responsables parentales hayan sido identificadas. El manejo de la HCF grave se realiza en centros especializados en enfermedades metabólicas hereditarias. La HCF heterocigota responde a una dieta restrictiva en lípidos y al tratamiento médico (estatina, inhibidor de la absorción del colesterol/resinas), destinado a reducir el colesterol LDL en un 50%. El pronóstico depende de la edad del paciente, del nivel de colesterol LDL y de la exposición arterial permanente a un exceso fijo de LDL desde el nacimiento. Sin tratamiento, el riesgo de muerte súbita antes de los 40 años se multiplica por 50, como primera manifestación de una arteriosclerosis evolutiva localizada a nivel proximal de las arterias coronarias. El pronóstico es excelente con un tratamiento temprano y adaptado.

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Sitoesterolemia o beta Sitoesterolemia: Es una enfermedad de origen genético que se encuadra dentro

de las lipidosis, trastornos metabólicos que originan acumulación de lípidos en diferentes partes del organismo. Las mutaciones que inactivan a los genes que codifican ABCG5 o ABCG8 causan ß-sitoesterolemia los pacientes que sufren de esta enfermedad genética absorben cantidades anormales altas de esteroles tanto vegetal como animal y el hígado secreta cantidades anormalmente bajas hacia la bilis. Otras proteínas de transporte de la superficie celular median la salida de colesterol, fosfolípidos o ambos, de la célula: la ABCA1 homólogo del transportador de ácidos grasos CD36 denominado SR-BI.

Herencia: Se transmite de padres a hijos según un patrón autosómico recesivo, lo que significa que para que un individuo presente la enfermedad debe recibir una copia del gen defectuoso de cada uno de sus dos progenitores.

Causas: El mecanismo bioquímico exacto que la causa no ha sido totalmente dilucidado. Los principales factores implicados son un aumento en la absorción intestinal de todos los esteroles, incluidos los procedentes de plantas o fitosteroles, de moluscos y el colesterol, así como una disminución en la eliminación hepática de los mismos. Todo ello conduce a la acumulación en diferentes tejidos de esteroles de origen vegetal como el sitosterol, campesterol y estigmasterol.

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Síntoma: Los síntomas suelen aparecer en la infancia o la juventud, generalmente antes de los 20 años. Consisten principalmente en acumulaciones de grasa cerca de los tendones (xantomatosis tendinosa) y en los párpados (xantelasma). También existen niveles de colesterol elevados en sangre y enfermedad cardiovascular prematura.

Diagnóstico: Puede sospecharse cuando aparecen xantomas tendinosos y niveles elevados de colesterol en personas jóvenes. El dato principal para el diagnóstico definitivo es la detección de niveles muy aumentados de esteroles de origen vegetal en sangre (sitosterol). En condiciones normales no alcanzan el 5% del nivel total de esteroles sanguíneos.

Enfermedad de Niemann-Pick:Es una enfermedad de almacenamiento lisosómico hereditaria

autosómica recesiva, causada por mutaciones genéticas específicas, concretamente se trata de un déficit de la enzima esfingomielinasa, de la ruta de degradación de los esfingolípidos. Se incluye dentro del grupo de las lipidosis que son enfermedades por almacenamiento de lípidos.

Síntomas: Esta enfermedad causa un progresivo deterioro en las funciones vitales, tales como:

Pérdida de la capacidad de hablar.

Pérdida paulatina de la habilidad de andar.

Dificultad en la actividad intelectual.

Dificultades para tragar alimentos.

Insuficiencia respiratoria.

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Desconexión progresiva del medio que les rodea.Los niños que la padecen mueren precozmente en los tres primeros años de vida. Las características de la enfermedad son infantilismo y trastornos del desarrollo. En la corteza cerebral aparecerán células hinchadas con la técnica de tinción de Baker, llamadas células xantomatosas. Otros signos son hepatoesplenomegalia, anemia, trastornos de la médula ósea, así como trastornos en los cartílagos de crecimiento de los huesos largos. Es recomendable para los pacientes tener una dieta baja en colesterol, pero ni esto ni los “medicamentos hipolipemiantes” detienen el progreso de la enfermedad. Pero muchos síntomas producidos por el tipo C (y convulsiones) si se han podido frenar con medicamentos.

Aún no se ha encontrado un tratamiento eficaz para curar completamente esta enfermedad. Sin embargo, en la actualidad se están tratando de paliar las complicaciones que aparecen en el transcurso de la enfermedad mediante:

Actividades fisioterapéuticas.

Mejora en el ámbito nutricional.

Tratamiento contra las crisis epilépticas originadas por el cúmulo de colesterol en el sistema nervioso.

Tratamiento de miglustat con el fin de frenar la enfermedad.

Enfermedad de Tánger:

La enfermedad de Tánger es un trastorno de origen genético que se caracteriza por una reducción en la sangre de los niveles del colesterol HDL. Es muy poco frecuente, pues se han diagnosticado unicamente alrededor de 50 casos en todo el mundo y está considerada una enfermedad rara. Las primeras descripciones fueron de pacientes que vivían en las Islas Tangier, en la costa de Virginia (Estados Unidos), aunque posteriormente se han observado casos en otros países.

La enfermedad de Tangier es un trastorno de las lipoproteínas o dislipoproteinemia. Las lipoproteínas son las proteínas que se unen a los lípidos y facilitan su trasporte por la sangre. En los análisis de sangre, el perfil característico es una disminución del nivel de colesterol total por debajo de los 120 mg, con triglicéridos normales y

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disminución marcada de las lipoproteínas de alta densidad, apoA-1 y apoA-2.

Los síntomas principales se deben a la acumulación de colesteril ester en diferentes tejidos del organismo. Suele producir aumento de tamaño de las amígdalas que adoptan un color anaranjado característico, la córnea se hace opaca, lo que produce pérdida de visión, el hígado aumenta de tamaño (hepatomegalia), también el bazo (esplenomegalia) y suele producirse neuropatía periférica por acumulación de lípidos en las vainas nerviosas. El riesgo de presentar problemas cardiovasculares como infarto agudo de miocardio o accidente cerebro vascular es más alto que en la población general.