DESTINO DE LOS PRODUCTOS DE LA DIGESTIÓN Y ACCIÓN DE LA INSULINA MONOSACÁRIDOS

DESTINO DE LOS PRODUCTOS DE LA DIGESTIÓN Y ACCIÓN DE LA INSULINA

MONOSACÁRIDOS

Los monosacáridos resultantes del proceso digestivo de los principales carbohidratos dietarios (almidón, sacarosa y lactosa) son la glucosa, la fructosa y la galactosa. Si el contenido de carbohidratos en la dieta promedio consiste en  60% de almidón, 30% de sacarosa y 10% de lactosa, al cabo del proceso digestivo los monosacáridos resultantes, glucosa, fructosa y galactosa se  hallarán en proporciones de 80, 15 y 5%, respectivamente.

Después de ser absorbidos por el  intestino, los monosacáridos son vertidos en la circulación portal, teniendo así acceso al hígado y a la circulación general.

DESTINO DE LA GLUCOSA

Después de ingerir alimentos aumenta la concentración de glucosa en la sangre en un grado que depende del tipo de carbohidrato ingerido así como de la velocidad de digestión y de absorción. El efecto de cada  carbohidrato lo determina su índice glucémico,* el cual es un parámetro que relaciona el incremento de la glucemia de cada tipo de carbohidrato con el producido por una cantidad igual de glucosa.

En la sangre portal la concentración de glucosa aumenta  aproximadamente a 180 mg/dl (10 mM).El hígado toma parte de esta glucosa y el resto pasa a la circulación general, de donde es captada también por el músculo y por el tejido adiposo.  En función de tiempo, la glucemia regresará a sus valores basales.

CAPTACIÓN Y METABOLISMO DE LA GLUCOSA EN EL HÍGADO

Aproximadamente el 60% de la glucosa que se absorbe es captada por el hígado, cuyas células presentan en la superficie abundantes moléculas de un transportador para glucosa,  conocido como GluT2, que actúa con un mecanismo de difusión facilitada*. La presencia de concentraciones relativamente grandes de glucosa en la sangre y por lo tanto en el medio intersticial que rodea a los hepatocitos, hace que éstos capten fácilmente la glucosa, pues GluT2 es un transportador de baja afinidad (Km 15-20 mM) y gran capacidad de acción. La baja afinidad que caracteriza a GluT2 no constituye una desventaja para el organismo, sino todo lo contrario, pues permite que la acción del transportador sea importante solamente en condiciones en las cuales abunda la glucosa en el medio extracelular (posprandio), evitando así que en condiciones de baja glucemia, por ejemplo durante el  ayuno prolongado, el hígado extraiga glucosa de la sangre. De esta forma se favorece que los tejidos que dependen fundamentalmente de la glucosa para obtener energía ⎯de manera preponderante el cerebro⎯ dispongan de este combustible cuando no existe en abundancia. Congruente con esto, el transportador de glucosa que se encuentra en las células del cerebro, GluT3, a diferencia de GluT2, es de alta afinidad (Km <1 mM) , lo cual significa que actúa transfiriendo glucosa al interior de las células neuronales incluso cuando la glucemia es relativamente baja.

Durante el posprandio, la abundancia de glucosa circulante  activa al GluT2, el cual transporta con gran capacidad dicho azúcar al interior de los hepatocitos, donde tendrá como principal destino ser polimerizado* para formar glucógeno.

Fosforilación de la glucosa

La primera reacción que sufre la glucosa cuando ingresa a los hepatocitos es su fosforilación, es decir, recibe un grupo fosfato en la posición 6 a partir de ATP (figura 1)[pic 1][pic 2]

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Figura 1. Reacción de fosforilación de la glucosa

Esta reacción es catalizada en el hígado por una enzima conocida como glucocinasa o hexocinasa D, cuyas propiedades  permiten que su actividad se halle orientada a canalizar la glucosa hacia la formación de glucógeno.

En primer término, la afinidad de la glucocinasa por la glucosa es relativamente muy baja, pues su Km  es del orden de 7-10 mM, unas 100 veces mayor que la Km de las hexocinasas de la mayoría de los tejidos (Km ∼ 0.1 mM). Las hexocinasas son isoenzimas* de la glucocinasa que catalizan la reacción de la figura 1 en los tejidos extrahepáticos (con excepción del páncreas, que también tiene glucocinasa).

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El significado fisiológico de que la glucocinasa tenga una Km relativamente  alta  es que solamente cuando existen concentraciones elevadas de glucosa en el interior de los hepatocitos se fosforilan cantidades significativas de dicho monosacárido, con lo cual éste se prepara para ser almacenado en forma de glucógeno.

La concentración normal de glucosa en la sangre periférica entre comidas es de aproximadamente 5 mM (90 mg/dl), y dadas las características del transportador GluT2, puede considerarse que la concentración de glucosa en los hepatocitos es similar a la  sanguínea.

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Figura 2. Gráfica que describe el comportamiento de las enzimas frente a concentraciones crecientes de sustrato. La Km es aquélla concentración de sustrato que permite a la enzima trabajar a la mitad de la velocidad máxima.

Debido a que la Km de la glucocinasa es de 7-10 mM, la actividad de esta enzima presenta un nivel bajo, fosforilando cantidades pequeñas de glucosa. Sin embargo, durante el posprandio, la presencia de concentraciones de glucosa mayores en la sangre, que como se mencionó antes pueden ser del orden de 10 mM en la sangre portal  y por lo tanto en los hepatocitos, se traduce en una mayor actividad de la glucocinasa, generándose entonces cantidades importantes de glucosa 6-fosfato.

El efecto se apreciará mejor si se considera que la enzima (hexocinasa) que fosforila glucosa en el cerebro tiene una Km de 0.05 mM para la glucosa, lo cual significa que tiene una afinidad por su sustrato mucho mayor que la de la glucocinasa, fosforilando por lo tanto a dicho azúcar incluso cuando éste se encuentra en concentraciones bajas (la fosforilación de la glucosa inicia la utilización de este azúcar para la producción de ATP o para la síntesis de glucógeno, según el tejido).

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Figura 3. Comparación gráfica de la actividad de dos isoenzimas con diferentes valores de Km y una misma velocidad máxima. A mayor valor de la Km existe menor afinidad de la enzima por su sustrato.

Obsérvese cómo el diseño del  transporte membranal de la glucosa y de su utilización en los dos órganos mencionados es consistente con la naturaleza funcional en cada caso. En el hígado, tanto el transportador GluT2 como la glucocinasa sólo actúan de manera importante cuando abunda la glucosa, puesto que la función primordial de dicho tejido en lo que concierne a la glucosa es almacenarla en la fase posprandial, mientras que en el caso del cerebro, tanto GluT3 como la hexocinasa que contiene, actúan con gran afinidad aún en condiciones de baja glucemia, debido a que la glucosa representa la única fuente de energía para el cerebro en condiciones normales.

Síntesis de glucógeno

Durante la fase de abundancia de glucosa, el hígado la almacena en una proporción significativa, para lo cual la polimeriza en forma de glucógeno (figura 4). Aunque el tejido muscular presenta un contenido de glucógeno total superior al del hígado debido a las obvias diferencias de masa entre dichos tejidos, el glucógeno hepático tiene la mayor importancia desde el punto de vista de la preservación de la disponibilidad de la glucosa para el cerebro y otros tejidos que dependen energéticamente de este combustible, puesto que en la fase de ayuno el glucógeno hepático se cataboliza y la glucosa que de ello resulta se transfiere a la sangre, manteniendo así la normoglucemia*.

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Figura 4. Estructura química básica del glucógeno

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La glucogénesis es el proceso metabólico a través del cual se  sintetiza glucógeno a partir de glucosa. Comúnmente, ésta se incorpora a moléculas preexistentes de glucógeno. Para que la glucosa se integre a la estructura del glucógeno, debe encontrarse en forma activada, es decir, como UDP-glucosa (uridina difosfato glucosa), la cual se obtiene por reacción de la glucosa 1-fosfato con UTP*, mediante la acción catalítica de la enzima UDP-glucosa pirofosforilasa (figura 5).

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