DIGESTIÓN, ABSORCIÓN Y METABOLISMO

Digestión y Absorción







Los carbohidratos que se ingieren en la dieta son mayoritariamente polisacáridos; y en mayor proporción monosacáridos o disacáridos. Los primeros se encuentran presentes en distintos alimentos como los cereales, legumbres y tubérculos; mientras que los disacáridos están presentes en la leche, las frutas y el azúcar. Excepto los monosacáridos (y algunos disacáridos), que no precisan ser digeridos previamente, el resto de polímeros glúcidos debe ser hidrolizados por las respectivas enzimas del tracto gastrointestinal para poder ser absorbidos.
Las enzimas que participan en la degradación del almidón y el glucógeno (polisacáridos de cadenas lineales o ramificadas) son las ptialinas o α-amilasas salivales y las α-amilasas pancreáticas. La α-amilasa salival se caracteriza por tener un pH óptimo de 6.7; teniendo una acción limitada por el poco tiempo que permanece el alimento en la boca y tiene como función separar algunos enlaces entre moléculas de carbono. Las α-amilasas pancreáticas, se forman en el páncreas, pero ejercen su acción en el intestino delgado más exactamente en el duodeno, se podrían considerar como las principales enzimas de degradación de los polisacáridos. Ambas enzimas presentan una actividad similar, tanto la amilasa pancreática como la amilasa salival hidrolizan los enlaces glucosídicos de tipo α-(1,4) y respeta los enlaces glucosídicos de tipo α-(1,6).
Como producto de la acción de estas enzimas, se obtienen oligosacáridos, maltriotosasa y maltosa, además de dextrinas límites obtenidas por carecer las amilasas de acción sobre los enlaces glucosidícos α-(1,6). A continuación, las oligosacaridasas (tipo dextrinasa y glucoamilasa) se encargan de la hidrolisis de los oligosacáridos, desdoblando la glucosa de la maltosa y la matotriosa. Por el contrario, la degradación de los disacáridos ingeridos con el alimentos, pueden ser directamente hidrolizados en la superficie de la mucosa intestinal por acción de un conjunto de enzimas: la maltasa, la lactasa o la sacarasa. (Guyton A, Hall J. 2001)
Culminado el proceso de digestión de polisacáridos, la absorción de monosacáridos se da en mayor proporción de glucosa y en menor cantidad de fructosa y galactosa. La glucosa formada por la digestión de carbohidratos es absorbida en el intestino por transporte activo de la membrana de la mucosa del enterocito; cuando es D-glucosa y D-galactosa el proceso de absorción llevado a cabo se da mediante cotrasnporte sódico, la D-fructosa es transportada por difusión facilitada y las pentosas mediante difusión simple. La absorción intestinal aporta mayoritariamente glucosa a la sangre, además de fructosa y galactosa a favor de un gradiente de concentración, llevado a cabo mediante transportadores de glucosa; los GLUTs proteínas encargadas del ingreso de monosacáridos a todas las células del organismo.



Metabolismo













Catabolismo 

El catabolismo de carbohidratos presenta dos vías importantes que se mostrarán a continuación:



Glucogenólisis: La degradación del glucógeno es catalizada por una sola enzima,  que tiene gran importancia, pues está sujeta al control hormonal. Esto da como resultado que la glucogenólisis también está sujeta al mismo control por dos hormonas, la epinefrina (adrenalina) y el glucagón. La enzima encargada de la glucogenólisis es la fosforilasa que cataliza la siguiente reacción:
Glucógeno + Pi  Glucógeno  + Glucosa-1-fosfato


Glucógeno fosforilasa  

  • Se comienza a degradar el glucógeno por los extremos. 
  • Es un proceso de fosforolísis y se obtiene glucosa –1–P.
  • Se reduce en 1 el número de moléculas de glucosa. 
  • Se van degradando sólo enlaces 1–4. 
Glucosidasa

  • El anterior enzima va degradando hasta llegar a 4 residuos del enlace 1–6.
  •  Tiene básicamente 2 actividades: 
  • Transferasa: transfiere 3 residuos de la cadena lateral al inicio de la cadena más cercana. 
  • Glucosidasa: Rompe el enlace 1–6.  

Fosfoglucomutasa 

  • Transforma la glucosa 1P en glucosa 6P, pasando por la glucosa 1,6 bP. 

La glucosa-1-fosfato puede convertirse en glucosa-6-fosfato y ésta a su vez se puede hidrolizar por acción de la glucosa-6-fosfatasa en el hígado y glucosa libre que sale de la célula. El resultado es que la glucogenólisis en el hígado es fuente de glucosa sanguínea y cuando se exagera llega a producir hiperglucemia, es decir niveles elevados de glucosa sanguínea. La epinefrina ejerce su efecto en el hígado y en el músculo y el glucagón sólo tiene efecto en el hígado.
































Glucólisis:  Es el proceso de descomposición anaerobia de los glúcidos que se verifica en las células de los animales y plantas superiores y de muchos microorganismos, y en el que se obtienen como productos finales, ácido láctico (lactato), agua y energía. La glucólisis también se conoce como fermentación homoláctica. La glucólisis representa un proceso fermentativo anaerobio, que de hecho constituye una de las vías más sencillas para la obtención de energía a partir de las moléculas nutritivas. 



La glucólisis transcurre por una secuencia de reacciones enzimáticas que tienen lugar a nivel del citoplasma celular y se conoce como esquema Embden-Meyerhof. Las reacciones de la glucólisis ocurren en la porción soluble del citoplasma en el citosol. Diez enzimas intervienen en la conversión de la glucosa en ácido pirúvico. El proceso en su totalidad puede considerarse dividido en dos etapas (Fig. 6) y se describe de la siguiente manera:


a) Fosforilación de la glucosa por el ATP.
b) Conversión de la glucosa - 6~P en fructosa - 6 ~P. 
c) Fosforilación de la fructosa 6~P por el ATP. 
d) Escisión de la fructosa 1,6-di -P por una aldolasa. 
e) Interconversión de los fosfatos de triosas 
f) Oxidación del gliceraldehído-3~P a ácido-1,3-difosfoglicérico : 
g) Transferencia de fosfato del ácido- 1,3 - difosfoglicérico al ADP. 
h) Conversión de ácido-3-fosflogicérico en ácido -2-fosfoglicérico: 
i) Deshidratación del ácido-2- fosfoglicérico: j) Transferência de fosfato Del ácido fosfoenolpirúvico al ADP : 
k) Reducción del ácido pirúvico a ácido láctico:


Figura 6. Glicólisis.
Esta reducción del ácido pirúvico se lleva a cabo a expensas de los electrones que había cedido anteriormente el gliceraldehído-3-P. Hasta aquí se estudió la secuencia de reacciones de la vía glucolítica.


Anabolismo

El anabolismo de carbohidratos presenta dos vías importantes que se mostrarán a continuación:


Gluconeogénesis: La gluconeogénesis, es la formación de moléculas nuevas de glucosa a partir de precursores que no son carbohidratos, ocurre principalmente en el hígado. Estos precursores son el lactato, el piruvato, el glicerol y determinados cetoácidos a (moléculas que derivan de los aminoácidos). En determinadas situaciones (Le., acidosis metabólica o inanición) el riñón puede producir pequeñas cantidades de glucosa. Entre las comidas se mantienen concentraciones sanguíneas adecuadas de glucosa por medio de la hidrólisis del glucógeno hepático. Cuando se agota el glucógeno hepático (p. ej., por un ayuno prolongado o por ejercicio vigoroso), la vía de la gluconeogénesis proporciona al organismo la cantidad de glucosa adecuada. El cerebro y los eritrocitos dependen exclusivamente de la glucosa como fu ente de energía.


Figura 7. Ruta de la Gluconeogénesis.


La secuencia de reacciones de la gluconeogénesis es, en gran medida, la inversa de la glucólisis. Sin embargo, es importante recordar que tres reacciones glucolíticas (las reacciones catalizadas por la hexoc inasa, la PFK-I y la cinasa de piruvato) son irreversibles. En la gluconeogénesis, para evitar estos obstáculos, se utilizan reacciones alternativas catalizadas por enzimas diferentes. Después se resumen las reacciones únicas de la gluconeogénesis. En la Figura 7 se presentan la vía gluconeogénica  completa y sus relaciones con la glucólisis. Las reacciones de circunvalación de la gluconeogénesis son las siguientes:




1. Síntesis de PEP. La síntesis de PEP a partir de piruvato requiere dos enzimas: la carboxilasa de piruvato y la carboxicinasa de PEPo La carboxilasa de piruvato, que se encuentra dentro de las mitocondrias, convierte el piruvato en oxalacetato (OAA):















La coenzima biotina, que actúa como transportador de CO2, está unida de manera             covalente a la enzima a través del grupo amino de la cadena lateral de un residuo de           lisina. El OAA se descarboxila y se fosforila por medio de la carboxicinasa de PEP en una   reacción impulsada por la hidrólisis del trifosfato de guanosina (GTP):


















La carboxicinasa de PEP se encuentra dentro de las mitocondrias de algunas especies y en el citoplasma de otras. En el ser humano, esta actividad enzimática se encuentra en ambos compartimientos. Debido a que la membrana mitocondrial interna es impermeable al OAA, las células que carecen de carboxicinasa de PEP mitocondrial transfieren el OAA al citoplasma utilizando, por ejemplo, la lanzadera del malato. En este proceso, el OAA se convierte en malato por la deshidrogenasa de malato mitocondrial. Tras el transporte del malato a través de la membrana mitocondrial, la reacción inversa (para formar OAA) es catalizada por la deshidrogenasa de malato citoplásmica.
















2. Conversión de la fructosa-l,6-difosfato en fructosa-6-fosfato. La reacción irreversible de la glucólisis catalizada por la PFK-I se evita por la fructosa- 1,6-difosfatasa: 











Esta reacción exergónica (t:.Go' = -16.7 kJ/mol) es también irreversible en condiciones celulares. El ATP no se regenera, y también se produce fosfato inorgánico (P). La fructosa-l , 6-difosfatasa es una enzima alostérica. Su actividad la estimula el citrato y la inhiben el AMP y la fructosa-2,6-difosfato.


3. Formación de glucosa a partir de glucosa-6-fosfato. La glucosa-6-fosfatasa, que sólo se encuentra en el hígado y el riñón, cataliza la hidrólisis irreversible de la glucosa-6-fosfato para formar glucosa y Pi' A continuación, la glucosa se libera en el torrente sanguíneo. Como se ha señalado, cada una de las reacciones anteriores está empatada con una reacción opuesta irreversible en la glucólisis. Cada conjunto de estas reacciones empatadas se denomina ciclo de sustrato. Debido a que están reguladas de forma coordinada (un activador de la enzima que cataliza la reacción directa sirve como inhibidor de la enzima que cataliza la reacción inversa), se desperdicia muy poca energía a pesar de que ambas enzimas pueden estar funcionando en cierto nivel al mismo tiempo. El control de flujos (la regulación del flujo de sustrato y la eliminación del producto) es más eficaz si la acumulación transitoria de un producto se encauza de vuelta al ciclo. La velocidad catalítica de la enzima en sentido directo permanecerá elevada si la concentración del sustrato se maximiza. La ganancia de eficacia catalítica compensa con creces la pequeña pérdida de energía del reciclado del producto. La gluconeogénesis es un proceso que consume energía. En lugar de generar ATP (como la glucólisis), la gluconeogénesis requiere la hidrólisis de seis enlaces fosfato de alta energía.


Glucogénesis:  La síntesis de glucógeno ocurre después de una comida, cuando la concentración sanguínea de glucosa se eleva. Se sabe desde hace mucho tiempo que justo después de ingerir una comida con carbohidratos ocurre la glucogénesis hepática. La síntesis de glucógeno a partir de glucosa-6-fosfato implica la siguiente serie de reacciones.


1. Síntesis de glucosa-l-fosfato. La glucosa-6-fosfato se convierte de forma reversible en glucosa-I-fosfato a través de la fosfoglucomutasa, una enzima que contiene un grupo fosfato unido a un residuo de serina reactivo:













El grupo fosfato de la enzima se transfiere a la glucosa-6-fosfato, formando glucosa-l ,6-difosfato. Al formarse la glucosa-l-fosfato, el grupo fosfato unido a C-6 se transfiere al residuo de serina de la enzima.


2. Síntesis de UDP-glucosa. La formación de los enlaces glucosídicos es un proceso endergónico. La formación de productos derivados del azúcar con un buen grupo saliente proporciona la fuerza impulsora para la mayoría de las reacciones de transferencia de azúcares. Por esta razón, la síntesis de un nuc!eótido-azúcar es una reacción común que precede a la transferencia de azúcar y a los procesos de polimerización. El difosfato de uridina-glucosa (UDP-glucosa) es más reactiva que la glucosa y se mantiene de forma más segura en el sitio activo de las enzimas que catalizan las reacciones de transferencia (denominadas transferasas de glucosilo). Debido a que el UDP-glucosa contiene dos enlaces fosfato, es una molécula muy reactiva. La formación de UDP-glucosa, cuyo valor de t:,Go' es cercano a cero, es una reacción reversible catalizada por la pirofosforilasa de UDP-glucosa:










Sin embargo, la reacción se completa debido a que el pirofosfato (PP) es hidrolizado de inmediato y de forma irreversible por la pirofosforilasa con una pérdida grande de energía libre (t:,Go' = - 33.5 kJ/mol):











3. Síntesis de glucógeno a partir de UDP-glucosa.  La formación de glucógeno a partir de UDP-glucosa requiere dos enzimas: (a) de la sintasa de glucógeno, que cataliza la transferencia del grupo glucosilo del UDP-glucosa a los extremos no reductores del glucógeno y (b) de la amilo-a-(1 ,4--71 ,6)- glucosil transferasa (enzima ramificante), que crea los enlaces a( 1,6) para las ramificaciones de la molécula.




La síntesis de glucógeno requiere de un tetrasacárido preexistente formado por cuatro residuos glucosilo con enlaces a( 1,4). El primero de estos residuos se une a un residuo de tirosina específico en una proteína "cebadora" que recibe el nombre de glucogenina. Después, la sintasa de glucógeno y una enzima ramificante extienden la cadena de glucógeno. En el citoplasma de las células hepáticas y en las musculares de animales bien alimentados pueden observarse gránulos grandes de glucógeno, cada uno formado por una sola molécula de glucógeno muy ramificada. Las enzimas causales de la síntesis y de la degradación del glucógeno recubren cada gránulo.



Bibliografía



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