Metabolismo

Conjunto de reacciones bioquímicas/procesos que se dan a nivel celular y que son la base de la vida. Estas reacciones permiten a las células crecer, dividirse, reproducirse y sobrevivir. Existen dos tipos:

Catabolismo

Reacciones químicas de degradación para la obtención de energía. Degradan componentes en productos más sencillos para así obtener energía o intermediarios necesarios para otro tipo de rutas. La mejor forma de almacenar esta energía es mediante poder reductor (reducción de diversas moléculas como el NAD, NADP, FAD y ADP). Transportan la energía de los nutrientes a este tipo de moléculas.

Anabolismo

Complementa al catabolismo. Son reacciones de síntesis. La energía obtenida del catabolismo se utiliza en las reacciones anabólicas para generar compuestos más complejos a partir de reactivos más sencillos.

Factores que varían el metabolismo

• Taxonómicos: El metabolismo varía de unas especies a otras. Las plantas no necesitan nutrientes para el anabolismo, son capaces de generar sus propias moléculas orgánicas a partir de luz, agua y CO₂. En nuestro caso necesitamos comer, ingerir nutrientes.
• Genéticos: Determinado también por factores genéticos, por el ADN.
• Ambientales (fenotipo: gen + ambiental): Al metabolismo “lo podemos educar”. Los factores ambientales y los hábitos de vida afectan también al metabolismo.

Glúcidos

Aldehídos (grupo carbonilo en extremo) o cetonas (grupo carbonilo en medio de la cadena) con grupos hidroxilo que pueden existir como cadenas o anillos. Se los llamaba hidratos de carbono porque son cadenas de carbono con moléculas de agua (forma de anillo), pero el término bioquímicamente correcto es glúcidos.

• Un anillo: monosacárido (glucosa). Puede unirse a otros monosacáridos mediante enlace O-glucosídico.
• Disacárido: 2 monosacáridos (lactosa: glucosa + galactosa).
• Oligosacáridos (2 a 9) y polisacáridos (más de 9): almidón, glucógeno.

Funciones

• Obtener energía (nutrientes).
• Almacenar energía (polisacáridos).
• Función estructural (soporte y rigidez).

Metabolismo de Glúcidos

1. Primera degradación: boca (enzimas amilasas).
2. Segunda degradación: sistema digestivo hasta el final del intestino. De polisacáridos a monosacáridos. Glucosa, fructosa y galactosa son los productos finales de la digestión.
3. Una vez dada la digestión, esos nutrientes son absorbidos por el intestino delgado y pasan a la circulación (circulación enterohepática: es la que se dirige del sistema digestivo al hígado).
4. Una vez en la circulación: almacenados mediante formación de polisacáridos (síntesis de glucógeno), catabolizados (uso de la energía de sus enlaces) o almacenados en forma de grasas.

Glucogenogénesis

El glucógeno es la principal reserva de energía en músculos e hígado. Esta vía de la síntesis del glucógeno se conoce como glucogenogénesis. La glucogenogénesis es una ruta metabólica anabólica (gasto de energía). La glucosa necesita fosforilarse y, una vez fosforilada, sigue una serie de reacciones hasta que al final se añade a la cadena de glucosas formando así polisacáridos, es decir, glucógeno.

Glucólisis y la ruta de las pentosas fosfato

Glucólisis

Degradación de la glucosa en dos fases:

1. Se convierte a fructosa y luego se rompe.
2. Los restos obtenidos de la ruptura de la fructosa siguen siendo degradados. Las dos moléculas en las que se degrada la fructosa dan ácido pirúvico o piruvato.

La glucólisis es la ruta metabólica para el catabolismo de la glucosa, consta de 10 reacciones enzimáticas (convierten una molécula de glucosa en 2 ATP, 2 NADH y 2 piruvato).

Ruta de las pentosas fosfato

Ruta alternativa/secundaria a la degradación de la glucosa mediante la glucólisis. No solo se necesita glucosa para obtener energía, sino que también se necesita para la obtención de más compuestos. Tiene lugar en el citosol de la célula. Su objetivo final es obtener ribosas (ribosa-5-fosfato). Esta ribosa es necesaria para la biosíntesis de ácidos nucleicos. Es una ruta catabólica.

Biosíntesis de ácidos nucleicos

En los adipocitos. Los acetiles que no entran en la mitocondria pasan a la sangre y son ingresados dentro de los adipocitos en forma de ácidos grasos. Cuantos más acetiles, mayor número de adipocitos se irá generando. Ruta anabólica porque necesito energía para almacenar esa glucosa a largo plazo.

Regulación del metabolismo de los glúcidos

La principal es la hormonal. Esa regulación corre a cargo de dos hormonas que se generan en el páncreas: la insulina y el glucagón (son antagónicas). *Glucemia: niveles de glucosa en sangre.

• Insulina: Favorece la entrada de la glucosa en las células. Si aumentan los niveles de glucosa, aumentarán los niveles de insulina. Esa insulina es secretada por las células beta del páncreas. Inhibirá la movilización de otras reservas energéticas.
• Glucagón: Si se tiene una tasa baja de glucemia, el organismo sintetizará glucagón (secretado por células alfa del páncreas). Tiene un efecto contrario a la insulina, favorece que se movilicen las reservas energéticas. Favorece así varios procesos:
  • Glucogenólisis (degradar glucógeno para liberar glucosa).
  • Gluconeogénesis (en hígado, anabólica, síntesis de glucosa, inverso a la glucólisis, bajón de azúcar).
  • Movilización de las grasas (energía para todo el organismo excepto el cerebro).

Esas moléculas de piruvato pueden seguir degradándose (2 opciones):

Ciclo de Krebs

El ácido pirúvico entra en las mitocondrias (orgánulo subcelular) gracias a la L-carnitina. Una vez dentro se transforma en acetil Co-A o acetil coenzima A. Ese acetil Co-A es el que ingresa en el ciclo de Krebs, ahí es donde se degrada el acetil Co-A y se genera 1 molécula de ATP y otras de alto poder reductor (3 NADH y 1 FADH₂). Una vez degradado el ciclo, esa energía se transformará en ATP. Las moléculas de NADH y FADH₂ tienen un elevado poder reductor y van a colaborar en la síntesis de ADP mediante fosforilación oxidativa. La mitocondria tiene la cadena de transporte de electrones, el NADH y el FADH₂ ceden sus electrones a los 5 complejos multienzimáticos que se localizan en la membrana interna mitocondrial. El quinto es el que se encarga de la generación de ATP. 1 molécula de glucosa: 38 moléculas de ATP en presencia de O₂.

Fermentación láctica

Cuando no hay oxígeno no se da la respiración que se daba en lo anterior. Se hace mediante otra ruta catabólica menos eficiente que la respiración mitocondrial. El pirúvico recibe los electrones del NADH que se formó en la glucólisis, formándose así ácido láctico o lactato. (Es lo que forma las agujetas al cristalizar dentro del músculo).

Alteraciones del metabolismo de glúcidos

Valores normales de glucemia: 50 y 100 mg/dl, pero solo pueden variar entre 15 y 20 mg/dl. Por debajo del valor mínimo se considera hipoglucemia, y por encima del valor máximo será una hiperglucemia.

Hiperglucemia (Diabetes)

Metabolopatía (consecuencia de la deficiencia absoluta o relativa de insulina). El síntoma clínico es la hiperglucemia, aunque la enfermedad sea la diabetes.

Tipos

• Tipo I: Destrucción de las células beta del páncreas (hasta 90%). No se sintetiza la insulina. Origen genético. 5-10% de los pacientes, antes de los 30 años de edad al diagnóstico.
• Tipo II: Se generan dos procesos simultáneos (defecto en la secreción de insulina por el páncreas y además resistencia periférica a esta). 90% de los pacientes. Adquirida por hábitos de vida.
• Secundaria: Producida por otras causas (enfermedades pancreáticas, tumores endocrinos, fármacos…). Cuando desaparece el factor externo, si no hay daño irreversible, se puede revertir.
• Gestacional: Considerada también secundaria. Desequilibrio hormonal como causa. Se da en mujeres embarazadas.

Síntomas

Enfermedad de las 3 P: poliuria (aumento de la orina), polidipsia (aumento de la sed) y polifagia (aumento del hambre). Otros síntomas: pérdida de peso, infecciones, alteraciones de la vista.

Hipoglucemia

• Ayuno prolongado (síndrome hipoglucémico).
• Insulinoma (tumor que afecta a las células beta, aumenta la insulina).
• Glucogenosis tipo I-IX (defectos en el metabolismo del glucógeno, la glucogenogénesis y la glucogenólisis no funcionan bien. Hereditaria, mutación. Hipoglucemia. Remedio: buena dieta.

Diagnóstico

• Identificación de intermediarios en histología.
• Medir niveles de glucosa.
• Medir la actividad enzimática.

Alteración de los niveles de galactosa

En la leche. La galactosa se absorbe en el sistema digestivo y de ahí pasa a la circulación enterohepática. En el hígado será transformada en glucosa por la ruta metabólica, en la que participan 3 enzimas. Si falla esta ruta metabólica (hereditario) esa galactosa no se transforma en glucosa y se produce galactosemia (galactosa en sangre). La galactosa se acumula en diferentes partes del cuerpo y puede llegar a ser tóxica, sobre todo en el SNC, pudiendo provocar pérdida de visión, retraso mental, cirrosis, etc.

Diagnóstico

• Genético: Descubrir la mutación con un análisis de sangre (periférica).
• Determinación de la actividad enzimática: Para ver si la enzima funciona o no correctamente. La medimos poniendo sustrato y vemos si genera producto. Biopsia de hígado o músculo.

Alteración de los niveles de fructosa

En la fruta y la miel. Origen hereditario (enfermedad rara). La fructosa tiene 2 destinos: se degrada hasta formar intermediarios (gliceraldehído) o se transforma en glucosa trifosfato. Las dos rutas acaban en la glucólisis. Si alguna de las dos se ve interrumpida va a derivar en un aumento de los niveles de fructosa en sangre.

Intolerancia a la fructosa

Poca en el cuerpo, 1-6 mg/dl. Alguien con el trastorno puede tener hasta 95-100 mg/dl.

Síntomas

• Hipoglucemia: los intermediarios se acumulan e inhiben la gluconeogénesis.
• Náuseas, convulsiones.

Es importante detectarlo a tiempo.

Diagnóstico

• Análisis enzimático y genético.

Fructosuria

Si aumentan los niveles en sangre, la orina intentará eliminar ese exceso.

Métodos químicos

Se basan en el poder reductor de los hidratos de carbono (reacción de oxidación-reducción REDOX). El poder reductor lo tienen en el grupo carbonilo (aldehídos o cetonas). Gracias a eso se pueden detectar los glúcidos. El grupo carbonilo se utiliza en las REDOX para que aparezca un producto coloreado o con determinada absorbancia. Los monosacáridos se oxidan formando un producto coloreado con determinada absorbancia. Métodos: Benedict, Fehling, Molisch, O-toluidina y Seliwanoff. Se diferencian en el reactivo, la base es la misma.

Métodos enzimáticos

Gran especificidad (utilización de enzimas). 2 métodos:

Hexoquinasa (HK)

Más específico. Método de referencia. Consiste en 2 reacciones acopladas:

1. Específica, catalizada por la hexoquinasa. Paso de glucosa a glucosa-6-fosfato.
2. Indicadora, se puede medir. Lo que se mide es el NADH, absorbancia a 340 nm.

Glucosa-Oxidasa

Consiste en oxidar la glucosa en presencia de O₂ y produce ácido-D-glucónico y H₂O₂. A continuación, se utiliza el peróxido para una segunda reacción que es catalizada por la enzima peroxidasa, que oxida un compuesto con H₂O₂. Ese compuesto tiene un color o absorbancia determinados. A mayor absorbancia, mayor cantidad de glucosa. Directamente proporcional. Reacción conocida como de Trinder. Inconveniente: interferencias (bilirrubina, ácido úrico y ascórbico). Se suele utilizar para análisis de sangre o plasma, donde no hay bilirrubina.

Otros métodos para la determinación de alteraciones

• Prueba de tolerancia a la glucosa: Sirve para el diagnóstico de la diabetes. Prueba dinámica.
• Análisis de proteínas glicosiladas: Las proteínas en contacto con concentraciones elevadas de glucosa, se glucosidan. *Glucosilación: unión covalente (fuerte) de glúcidos a proteínas, depende de la concentración de glúcidos en el medio. Prueba retrospectiva, útil para determinar la glucemia en diabéticos. Se mide el % de HbA1c, que es la que se une de forma más estable a la glucosa. Se puede medir de varias formas:
  • Cromatografía: hemolizado por HPLC.
  • Métodos inmunológicos: inmunoturbidimetría.
  • Electroforéticos: no utilizados.
• Péptido C: Se administra insulina sin péptido C en pacientes diabéticos, y si luego aparece indica que las células pancreáticas sí secretan insulina. Método de determinación: inmunoanálisis.
• Insulinemia: No suele hacerse. Se utiliza en casos de hipoglucemia para ver si hay un tumor pancreático.
• Determinación de cuerpos cetónicos: Hay un exceso de cuerpos cetónicos en la orina porque el metabolismo, cuando no hay glucosa, utiliza los ácidos grasos. Los ácidos grasos provocan la acumulación de acetil CoA y el acetil CoA se convierte en cuerpos cetónicos. Sirve para detectar la diabetes. Método más empleado: colorimétrico, se mide la cantidad de color. Tira reactiva.
• Determinación de la actividad enzimática: Sirve para detectar alteraciones en el metabolismo de la galactosa y la fructosa (genéticas). Diagnóstico: análisis genético, biopsia donde haya actividad enzimática.

Etiquetas: diabetes, glúcidos, glucógeno, glucosa, metabolismo