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Carnitina

compuesto químico

La carnitina o 3-hidroxi-4-trimetilaminobutirato (conocida también como L-carnitina o levocarnitina, debido a que en estado natural es un estereoisómero L) es una amina cuaternaria sintetizada en el hígado, los riñones y el cerebro a partir de dos aminoácidos esenciales, la lisina y la metionina. En ocasiones se la ha confundido con el ácido fólico (vitamina B9). La carnitina es responsable del transporte de ácidos grasos al interior de las mitocondrias, orgánulos celulares encargados de la producción de energía.

 
Carnitina

Fórmula estructural de la (S)-carnitina.

Modelo de bolas y varillas de la (S)-carnitina.
Nombre IUPAC
(RS)-3-hidroxi-4,4,4-(trimetilamonio)butanoato
General
Fórmula molecular C7H15NO3 
Identificadores
Código ATC A16AA01 (forma (L)
Número CAS 541-15-1[1]​
ChEBI 17126
ChEMBL CHEMBL172513
ChemSpider 282
DrugBank DB00583
PubChem 288
UNII 0G389FZZ9M
KEGG C00318
C[N+](C)(C)CC(CC(=O)[O-])O
InChI=1S/C7H15NO3/c1-8(2,3)5-6(9)4-7(10)11/h6,9H,4-5H2,1-3H3
Key: PHIQHXFUZVPYII-UHFFFAOYSA-N
Propiedades físicas
Apariencia Polvo blanco, cristalino e higroscópico
Olor Inodora
Densidad 640 kg/m³; 0,64 g/cm³
Masa molar 161,199 g/mol
Punto de fusión 196,5 °C (470 K)
Propiedades químicas
Acidez 3.8 pKa
Solubilidad en agua 2500 g/L
log P -5.48 (octanol/agua)
Propiedades farmacológicas
Biodisponibilidad < 10%
Metabolismo tejido muscular, hígado, riñón
Excreción Renal
Peligrosidad
Frases H H315, H319, H335
Frases P P271, P280
Riesgos
Inhalación Puede causar irritación.
Piel Causa irritación.
Ojos Causa mucha irritación.
LD50 6690 mg/kg (ratón, oral)
Compuestos relacionados
Aminoácidos Lisina, Metionina
Valores en el SI y en condiciones estándar
(25 ℃ y 1 atm), salvo que se indique lo contrario.
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A pesar de que se descubrió en 1905, no fue hasta mediados de los años 50 cuando se demostró que el principal papel de la carnitina es acelerar el proceso de oxidación de ácidos grasos (y de esta manera la ulterior producción de energía). El déficit de carnitina conduce a una disminución sustancial de la producción de energía y al aumento de masa del tejido adiposo. Un exceso de carnitina produce un aumento de trimetilamina, conduciendo a patologías en el sistema circulatorio y cáncer.[2]​

Biosíntesis

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Biosíntesis de la carnitina en los mamíferos.

En los animales, la carnitina se sintetiza principalmente en el hígado y el riñón a partir de los aminoácidos lisina (a través de trimetil lisina) y metionina.[3]​

En muchas proteínas, los residuos de lisina pueden sufrir mono-, di- y trimetilación. Al hidrolizarse estas proteínas, uno de los aminoácidos obtenidos es la N6,N6,N6-trimetil lisina (TML), que se emplea como precursor de la biosíntesis de carnitina. Por acción de la enzima trimetil lisina dioxigenasa (TML-DO, EC 1.14.11.8) se hidroxila la posición 3 de la TML para formar la 3-hidroxi-N6,N6-trimetil lisina (HTML) en presencia de oxígeno diatómico como agente oxidante, α-cetoglutarato como aceptor de electrones, además de hierro (II) y ácido ascórbico como cofactores. Esta reacción es la única que se lleva a cabo en la mitocondria, mientras que las siguientes tienen lugar en el citosol. La HTML sufre una condensación aldólica inversa para formar glicina y N4,N4,N4-trimetilaminobutiraldehído (TMABA). En este paso se requiere la enzima hidroxitrimetil lisina aldolasa (HTMLA, EC 4.1.2."X") y fosfato de piridoxal como cofactor. El grupo aldehído se oxida a ácido carboxílico para formar la γ-butirobetaína (γBB) gracias a la enzima trimetilaminobutiraldehído deshidrogenasa (TMABA-DH, EC 1.2.1.47), que requiere NAD+ como aceptor de electrones. La γ-butirobetaína se hidroxila en la posición 3 para dar como producto final la carnitina, reacción catalizada por la enzima butirobetaína dioxigenasa (γBB-DO, EC 1.14.11.1), que requiere hierro (II), 3-oxoglutarato y ácido ascórbico como cofactores.[4]​

Papel metabólico

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Activación de un ácido graso y traslocación del acil-CoA resultante gracias a la carnitina
Rojo: acil-CoA, verde: carnitina, Rojo+verde: acilcarnitina, CoASH: coenzima A, CPTI: carnitina palmitoiltransferasa I, CPTII: carnitina palmitoiltransferasa II, 1: acil-CoA sintetasa, 2: translocasa, A: membrana mitocondrial externa, B: espacio intermembranario, C: membrana mitocondrial interna, D: matriz mitocondrial.

La carnitina ayuda a las bacterias a soportar el estrés osmótico debido a bajas temperaturas[5]​ o la salinidad.[6]​

En los eucariontes, la carnitina se encarga de llevar los grupos acilo al interior de la matriz mitoncondrial por medio del siguiente mecanismo:

  1. La enzima carnitina palmitoiltransferasa I (CPTI), ubicada en la membrana mitocondrial externa, escinde el coenzima A de la molécula de acil-CoA al tiempo que une la carnitina disponible en el espacio intermembranario, originando acilcarnitina; el CoA queda libre y puede salir al citosol para activar otro ácido graso.
  2. A continuación, una proteína transportadora, llamada carnitina-acilcarnitina translocasa, situada en la membrana mitocondrial interna, transfiere la acilcarnitina a la matriz mitoncondrial, donde la carnitina palmitoiltrasnferasa II (CPTII) escinde la carnitina y une al ácido graso una molécula de CoA de la matriz; se regenera así el acil-CoA.
  3. La carnitina se devuelve al espacio intermembranario mediante la translocasa y puede reaccionar de nuevo con otro acil-CoA, repitiéndose el ciclo.

Fuentes de carnitina

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La principal fuente de carnitina son en particular las carnes rojas. Los vegetales contienen cantidades muy pequeñas o incluso nulas de carnitina.[cita requerida]

De todas formas, gran cantidad de la carnitina en nuestro organismo se sintetiza en el hígado y los riñones a partir de dos aminoácidos esenciales: la lisina y la metionina. La vitamina C no es esencial para la síntesis de carnitina.[7]​

La concentración inicial de carnitina en recién nacidos depende pura y exclusivamente de la concentración de carnitina en la madre, por eso las mujeres con fallas en la síntesis de carnitina deben consumir suplementos nutricionales durante el embarazo para asegurar la correcta concentración en sus tejidos y, especialmente, en el feto.

La concentración de carnitina en sangre es por lo general bastante más baja en las mujeres embarazadas que en aquellas que no están en cinta, aparentemente por el incremento en la demanda de carnitina por parte del feto. El recién nacido depende casi totalmente de fuentes externas de carnitina, de ahí que aquellos que son amamantados tienen mayores posibilidades de tener óptimas concentraciones tisulares de carnitina. Las fórmulas alimenticias para recién nacidos basadas en leche vacuna tienen una cantidad de carnitina sustancialmente menor que la leche materna; en el caso de las fórmulas basadas en soja, la carencia es absoluta.

Los primeros casos de deficiencia de carnitina en humanos se describieron por primera vez en el año 1973; hasta entonces siempre se había pensado que era imposible sufrir deficiencia de este compuesto, a partir de la síntesis e ingestión de la misma. Sin embargo, algunos individuos necesitan suplementos nutricionales de carnitina para mantener un metabolismo normal, lo cual claramente indica que la carnitina debería considerarse un nutriente esencial. La deficiencia de carnitina se clasifica en dos grandes grupos, la deficiencia sistémica (que casi nunca se presenta) y la miopática (la más corriente). La sistémica afecta a todo el cuerpo, mientras que la miopática solamente al tejido muscular. Estas son algunas de las causas conocidas de la deficiencia de carnitina:

  • Deficiencia de lisina o metionina (aminoácidos precursores de la carnitina)
  • Deficiencia de hierro, vitaminas C, B3 o B6 (otros factores precursores)
  • Fallo genético en la síntesis de carnitina.
  • Malabsorción intestinal de la misma.
  • Problemas hepáticos o renales que afecten a la síntesis.
  • Defectos en el transporte de carnitina desde los tejidos de origen a los de destino (donde se utiliza en mayores cantidades).
  • Aumento de la necesidad de carnitina, por una dieta demasiado abundante en lípidos, por estrés, el consumo de ciertas drogas (anticonvulsivos como el ácido valproico) y a causa de ciertas enfermedades.

Formas disponibles

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Estructura química de la acetilcarnitina.

La carnitina se consigue comercialmente en varias formas, entre las cuales se encuentran la L-carnitina que es la forma de carnitina preferida para el tratamiento de una gran cantidad de afecciones diferentes. Dada su toxicidad, se recomienda no utilizar D-carnitina como suplemento dietético. Otras formas conocidas son la L-acetilcarnitina, utilizada frecuentemente en el tratamiento de la enfermedad de Alzheimer y trastornos cardiovasculares, o la L-propionilcarnitina empleada para tratar algunas enfermedades de carácter infeccioso. No se debe usar como suplemento.

Principales usos

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Este aviso fue puesto el 6 de mayo de 2011.

La administración de carnitina ha demostrado ser eficaz en el tratamiento de una gran variedad de enfermedades. Se utiliza con frecuencia para tratar afecciones cardiovasculares y renales, sobre todo cuando se intenta mejorar el rendimiento físico. Se debe advertir que cada variante de carnitina que podemos encontrar tiene un efecto diferente en el organismo, por tanto, después de leer la siguiente lista de las afecciones que suelen tratarse con la administración de carnitina, deberá profundizarse en el tipo de carnitina apropiado para cada afección, ya sea L-carnitina, L-acetilcarnitina, etc.:

senil y falta de memoria relacionada con la edad.[8]​

  • También se utiliza como un «quemador de grasa».

Como «quemador de grasa» se ha podido demostrar que durante una toma de 4 gramos diarios divididos en dos tomas durante 24 semanas, incrementó la L-carnitina a nivel muscular en un 21 % complementándolo con ejercicio aeróbico en bicicleta al 50 % y 80 % del esfuerzo máximo. Por lo tanto, mejoraría el envío de ácidos grasos de cadena larga a las mitocondrias de las células. Sin ejercicio los resultados no serán los mismos.[14]​ El estudio no demuestra que pueda usarse como suplemento alimenticio para adelgazar por lo que decir que "quema grasa" se debe inferir a nivel químico y no en el sentido profano que emplean los productores de suplemento nutricional.

Dosificación e interacciones

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La dosis diaria adecuada de carnitina en cualquiera de sus formas suele oscilar entre los 1500 y los 4000 mg dividida en varias dosis (se recomienda al menos dos). Se recomiendan dosis sustancialmente menores en pacientes con trastornos renales, pues dosis altas pueden empeorar la situación (aunque el consumo diario de la dosis adecuada para su caso particular puede favorecer al paciente).

Fuera del caso particular mencionado anteriormente, es decir de los pacientes con trastornos renales, la L-carnitina es siempre segura en dosis altas. No puede decirse lo mismo de la D-carnitina que ha demostrado provocar efectos adversos, tales como dolores musculares y reducción del rendimiento muscular, casi seguramente por falta de energía. La administración de D-carnitina suele provocar deficiencia de L-carnitina en algunos tejidos, como el cardíaco y el óseo.


La carnitina interactúa con la coenzima Q10, el ácido pantoténico y en mayor medida con la colina, cuyo adecuado consumo reduce la excreción de carnitina por vía urinaria y aumenta la concentración intracelular de la misma.

Contraindicaciones de la carnitina

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La L-carnitina podría promover la aterosclerosis -endurecimiento o la obstrucción de las arterias-, según una investigación realizada por investigadores de la Clínica Cleveland (Estados Unidos) publicada por Nature Medicine. Dicho estudio muestra que las bacterias que residen en el tracto digestivo humano (p.ej. Acinetobacter) metabolizan la L-carnitina, convirtiéndolo en trimetilamina-N-óxido (TMAO), un metabolito que está vinculado desde 2011 con el desarrollo de la aterosclerosis en seres humanos. La investigación también muestra que una dieta alta en L-carnitina promueve el crecimiento de las bacterias que la metabolizan, lo que agrava el problema al producir aún más cantidades de TMAO que terminan por obstruir las arterias y desencadenar la enfermedad cardiovascular.

No existen restricciones para su consumo durante el embarazo y la lactancia, ya que esta es una sustancia natural, cuya demanda se incrementa durante el embarazo y además, forma parte de la leche humana. Tampoco se han registrado alteraciones fetales.

Se han realizado estudios con dosis altas de L-carnitina, 15 g/día, sin registrarse mutagénesis, teratogénesis ni carcinogénesis.

La L-carnitina se puede tomar por vía oral y parenteral (intramuscular o intravenosa). La dosis habitual es de 50-100 mg/kg/día, tanto en niños como en adultos, distribuida en 2 o 3 tomas por día.

Referencias

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  1. ↑ Número CAS
  2. ↑ Carnitine, Choline, Cancer and Cholesterol: The TMAO Connection, consultado el 22 de junio de 2022 .
  3. ↑ «L-Carnitine». Archivado desde el original el 8 de mayo de 2007. Consultado el 1 de junio de 2007. 
  4. ↑ Vaz FM, Wanders RJA (2002). «Carnitine biosynthesis in mammals». Biochem. J. 361: 417-429.  http://www.biochemj.org/bj/361/0417/3610417.pdf
  5. ↑ Angelidis AS, Smith GM (2003). «Role of glycine betaine and carnitine transporters in adaptation of Listeria monocytogenes to chill stress in defined medium». Applied & Environmental Microbiology, 69: 7492‐7498. 
  6. ↑ Canovas M, Bernal V, Sevilla A, Iborra JL (2007). «Salt stress effects on the central and carnitine metabolisms of Escherichia coli». Biotechnology & Bioengineering 96: 722‐737. 
  7. ↑ Furusawa, Hajime; Sato, Yasunori; Tanaka, Yasukazu; Inai, Yoko; Amano, Akiko; Iwama, Mizuki; Kondo, Yoshitaka; Handa, Setsuko et al. (1 de septiembre de 2008). «Vitamin C is not essential for carnitine biosynthesis in vivo: verification in vitamin C-depleted senescence marker protein-30/gluconolactonase knockout mice». Biological & Pharmaceutical Bulletin 31 (9): 1673-1679. ISSN 0918-6158. PMID 18758058. Consultado el 16 de enero de 2016. 
  8. ↑ a b c d «Carnitina». EBSCO CAM Review Board. Consultado el 2 de septiembre de 2012. 
  9. ↑ Huang, Haohai; Song, Lijun; Zhang, Hua; Zhang, Hanbin; Zhang, Jiping; Zhao, Wenchang (2013). «Influence of L-carnitine supplementation on serum lipid profile in hemodialysis patients: a systematic review and meta-analysis». Kidney Blood Press Res 38 (1): 31-41. PMID 24525835. doi:10.1159/000355751. 
  10. ↑ Liu, Ting; Deng, Kunhong; Xue, Ying; Yang, Rui; Yang, Rong; Gong, Zhicheng; Tang, Mimi (14 de marzo de 2022). «Carnitine and Depression». Front Nutr 9: 853058. PMID 35369081. doi:10.3389/fnut.2022.853058. 
  11. ↑ Malaguarnera, Michele (June 2013). «Acetyl-L-carnitine in hepatic encephalopathy». Metab Brain Dis 28 (2): 193-9. PMID 23389620. doi:10.1007/s11011-013-9376-4. 
  12. ↑ Mirrafiei, Amin; Jayedi, Ahmad; Shab-Bidar, Sakineh (2024-05). «The Effects of L-Carnitine Supplementation on Weight Loss, Glycemic Control, and Cardiovascular Risk Factors in Patients With Type 2 Diabetes: A Systematic Review and Dose-response Meta-Analysis of Randomized Controlled Trials». Clin Ther 46 (5): 404-410. PMID 38594107. doi:10.1016/j.clinthera.2024.03.002. 
  13. ↑ Mongioi, L; Calogero, A E; Vicari, E; Condorelli, R A; Russo, G I; Privitera, S; Morgia, G; La Vignera, S (September 2016). «The role of carnitine in male infertility». Andrology 4 (5): 800-7. PMID 27152678. doi:10.1111/andr.12191. 
  14. ↑ Wall BT, Stephens FB, Constantin-Teodosiu D, Marimuthu K, Macdonald IA, Greenhaff PL. (2011). «Chronic oral ingestion of L-carnitine and carbohydrate increases muscle carnitine content and alters muscle fuel metabolism during exercise in humans.». PubMed.gov.  http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed/21224234

Enlaces externos

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