Fisiopatología del metabolismo de la glucosa, Medac Instituto Oficial de Formación Profesional

Fisiopatología del Metabolismo de la Glucosa

La glucosa y su importancia en el metabolismo

La glucosa es un monosacárido de seis átomos de carbonos de tipo aldosa (posee un grupo aldehído). La glucosa tiene una particularidad, y es que es el único monosacárido que nuestro cuerpo puede oxidar para obtener energía, por lo que los otros monosacáridos, cuando se absorben en el intestino, se tienen que transformar en derivados de la glucosa para que puedan ser metabolizados. Por todo ello, la glucosa es el azúcar simple más importante del metabolismo humano.

Los niveles de glucosa en sangre se encuentran regulados por procesos de homeostasis como la retroalimentación negativa, en el que intervienen distintas hormonas. Los niveles medios de glucosa en sangre de una persona adulta suelen estar entre los 90 mg/dl de sangre (en ayuno), y los 140 mg/dl (después de una comida completa). Hay enfermedades, como la diabetes, en la que estos valores se ven alterados, interfiriendo en el metabolismo normal de la glucosa.

Es importante mantener unos niveles adecuados de glucosa en sangre, para que las células de nuestro cuerpo puedan desarrollar adecuadamente sus funciones vitales. Para ello, se tienen que producir un equilibrio entre los procesos catabólicos (reacciones metabólicas de degradación de glucosa para producir energía, como la glucolisis), y procesos anabólicos (en el que se sintetizan moléculas complejas, en este caso glucosa, a partir de moléculas más sencillas con su respectivo gasto energético), como por ejemplo la gluconeogénesis (formación de glucosa a partir de sustratos no glucídicos, como aminoácidos, lípidos, etc.).

CH2 OH a - D - Glucosa H O H H OH H 1 H OH OH 3 2 H-C, OH H OH HO-C-H H-C-OH CH2OH B - D - Glucosa 6 H 5 M 4 1 OH H 2 H OH Fig. 2. Glucosa formulada.

La digestión y la absorción de glucosa en el organismo

La digestión de los hidratos de carbono es un proceso donde se transforman polisacáridos y disacáridos en unidades más sencillas (monosacáridos), ya que éstas son las moléculas que pueden ser absorbidas a través del intestino. Para obtener moléculas de glucosa que puedan ser usadas por el organismo, en la digestión deben darse dos procesos, procesos físicos (que incluyen la masticación y los movimientos peristálticos) y procesos químicos, procesos llevados a cabo en distintas localizaciones del tubo digestivo:

• Boca: donde los glúcidos sufren la acción de la enzima alfa-amilasa o ptialina, la cual actúa de forma óptima a PH neutro (se inactiva en el estómago, a pH ácido).
• Estómago: donde los glúcidos sufren cambios poco significativos.
• Intestino delgado: donde tiene lugar la mayor parte de la digestión del almidón (origen vegetal) y el glucógeno (origen animal) por acción de la amilasa pancreática, que también precisa de un pH cercano a la neutralidad para actuar. Posteriormente, disacaridasas y dextrinasas presentes en la membrana de los enterocitos (células epiteliales del intestino) facilitarán la hidrólisis final de los disacáridos de la dieta, obteniéndose los monosacáridos correspondientes.

Tras la digestión, los monosacáridos resultantes son absorbidos por los enterocitos a través de transportadores específicos que se encuentran en su membrana:

• En el caso de la glucosa, ésta se introduce en el interior del enterocito a través de un mecanismo de transporte activo secundario, en el que se usa un gradiente de concentración creado por un transportador primario (como la bomba sodio/potasio) para generar un cotransporte en contra de gradiente para la glucosa y a favor para el sodio. El transportador usado para este proceso se denomina SGLT1 (Sodium Glucose Transporter 1).

H-C-OH O OH CH2OH H/ 5 TEMA 19. FISIOPATOLOGÍA DEL METABOLISMO DE LA GLUCOSA MEDAC . Instituto Oficial de Formación Profesional Cuando la glucosa ha sido ya transportada al interior del enterocito, debido a que en su citoplasma hay ahora una elevada cantidad de glucosa, el transporte hacia el torrente sanguíneo (poca concentración de glucosa) se hace mediante transporte pasivo a favor de gradiente, utilizando para ello un mecanismo de transporte facilitado, GLUT2.

• En el caso de la galactosa, utiliza los mismos mecanismos de transporte que la glucosa, por lo que puede establecerse competición en la absorción de ambos monosacáridos.
• En el caso de la fructosa, utiliza otro transportador, el GLUT5, para su transporte al interior del enterocito mediante una difusión facilitada (mecanismo pasivo).

i! Sabías que ... Cuando la glucosa intestinal es muy elevada, esta puede ser transportada a la sangre de forma paracelular (entre uniones intercelulares).

Metabolismo de los hidratos de carbono. Glucolisis

Como hemos visto anteriormente, los monosacáridos son absorbidos en el intestino delgado y, de ahí, transportados a la sangre.

Ya en el torrente sanguíneo, los monosacáridos son transportados mediante la vena porta hepática hasta el hígado, donde terminarán transformándose en glucosa. Esta glucosa seguirá distintas rutas:

1. Será distribuida por el cuerpo mediante la vena cava que parte del hígado, en las células de los distintos tejidos del cuerpo. Se producirá la oxidación inmediata de la glucosa para producir energía, en un proceso que se inicia con la glucolisis.
2. Se almacenará como glucógeno hepático o muscular, mediante un proceso denominado glucogenogénesis.
3. Los excedentes de glucosa se convertirán en grasas mediante la lipogenesis, y se almacenarán en el tejido adiposo.

Si nos centramos en la primera ruta expuesta, la glucolisis, esta tiene lugar en el citoplasma de las células, y es la principal vía de degradación de la glucosa, que transforma una molécula de glucosa en 2 moléculas de piruvato, generándose una cantidad neta de energía de dos moléculas de ATP y dos moléculas de 2 NADH (moléculas transportadoras de electrones que pasarán a la cadena respiratoria, proceso estudiado más adelante).

Además de su función energética, también suministra intermediarios para las reacciones de biosíntesis de aminoácidos, glucógeno, y precursores de los ácidos nucleicos. El destino del piruvato será transformarse en acetil coenzima A (CoA), que iniciará el ciclo de Krebs.

i! Sabías que ... La glucólisis se caracteriza por poder realizarse tanto en presencia como en ausencia de oxígeno (donde el ácido piruvico se convertirá en lactato).

Ciclo de Krebs

El ciclo de Krebs (o ciclo de los ácidos tricarboxílicos) es una secuencia de reacciones que tienen lugar en la matriz mitocondrial. En este proceso se produce la oxidación completa de acetil CoA, molécula proveniente del piruvato generado en la glucólisis, hasta anhídrido carbónico (CO2)./ 6 TEMA 19. FISIOPATOLOGÍA DEL METABOLISMO DE LA GLUCOSA Fisiopatología General

El ciclo de Krebs tiene varias funciones importantes:

• Suministro de intermediarios: o precursores metabólicos para la biosíntesis de glucosa, aminoácidos y grupos hemo de la hemoglobina.
• Conexión con el ciclo de la urea: a través de la molécula de fumarato, que forma parte del ciclo del Krebs y de las reacciones que se dan en el ciclo de la urea. Este ciclo es el encargado de producir la transformación del grupo amino de los aminoácidos en urea (que se excreta por la orina).
• Punto de entrada para la oxidación del esqueleto hidrocarbonado de algunos aminoácidos y de los ácidos grasos saturados.
• Obtención de poder reductor: en forma de FADH, y de NADH.
• Obtención de energía.

Para que una molécula de piruvato sea incorporada al ciclo de Krebs y de comienzo, debe sufrir primero un proceso de descarboxilación oxidativa, liberándose una molécula de CO2 y una de NADH (pasando esta última a la cadena respiratoria, estudiada en el siguiente apartado de la unidad) y formándose acetil CoA.

Este acetil CoA también puede proceder de la degradación de los ácidos grasos y los cuerpos cetónicos.

Cada acetil CoA que entra en el ciclo nos aportará 2 moléculas de CO2, 1 molécula de GTP (que por transferencia forma 1 ATP), 3 moléculas de NADH y 1 molécula de FADH2 (pasando estas dos últimas a la cadena respiratoria).

Hay que tener en cuenta que, por cada glucosa que se consume, se obtienen dos piruvatos y, por consiguiente, 2 acetil CoA, por lo que las cantidades anteriores deben ser multiplicadas por dos cuando hablamos del rendimiento del ciclo de Krebs.

Acetil-CoA 1 CoASH Citrato sintasa Oxalacetato Citrato NADH, H' + Aconitasa Malato deshidrogenasa NAD Acotinato Malato Acontasa HO Fumarasa Ciclo de Krebs HO Isocitrato .NAD+ Fumarato Isocitrato deshidrogenas; NADH FADH: + a.cetoglutarato FAD NAD. + CoASH Succinito deshidrogenasa Succinil-CoA sintetasa Succinato Succinil-CoA a-cetoglutarato deshidrogenasa NADH. H+ + CO2 GDP + Pi CoASH + GTP Fig. 3. Ciclo de Krebs.

Cadena respiratoria

Tras la glucolisis y el ciclo de Krebs, la molécula de glucosa se encuentra totalmente oxidada. Como producto de esta oxidación se ha obtenido ATP (moléculas que proporcionan energía a los procesos celulares).

Además del ATP, se ha obtenido NADH y FADH,, moléculas que pueden ser también transformadas en ATP, mediante la cadena de transporte de electrones o cadena respiratoria.La cadena respiratoria se encuentra en la membrana mitocondrial interna de las células, y es un proceso en el que se libera una gran cantidad de ATP. Los electrones y protones que se liberan durante la oxidación de los hidratos de carbono son captados por el NADH y el FADH2, y son transferidos al oxígeno después de pasar por diversos componentes intermediarios, liberando finalmente moléculas de agua y gran cantidad de energía en forma de ATP (proceso denominado fosforilación oxidativa).

Estos componentes son:

• Complejo NADH-deshidrogenasa: acepta electrones del NADH y lo oxida a NAD+. Cuando ha captado dos electrones de dos moléculas de NADH se los cede al siguiente transportador.
• Succinato deshidrogenasa: es el encargado de aceptar los electrones provenientes del NADH-deshidrogenasa y lo transfiere a la siguiente molécula. Durante este proceso, expulsa un protón (H+) al exterior.