ESTRUCTURA, FUNCIÓN Y METABOLISMO DE

CARBOHIDRATOS

6.1 INTRODUCCIÓN

Los carbohidratos son los compuestos más abundantes y ampliamente destribuídos en la naturaleza. Se encuentran en tejidos animales y vegetales. En los vegetales se sintentiza la glucosa por fotosíntesis a partir de bióxido de carbono y agua y luego se almacena como almidón o forma parte de la estructura de soporte vegetal como celulosa. Aunque el hombre puede sintetizar la mayor parte de carbohidratos, una buena parte los obtiene en fuentes vegetales.

6.1.1 Definición

Por su estructura química, los carbohidratos pueden considerarse derivados aldehídi-cos o cetónicos de polialcoholes o alcoholes polihidroxílicos. Su fórmula general Cn(H20)n es decir, hay una molécula de agua por átomo de carbono que motivó la denominación de hidratos de carbono o carbohidratos. Sin embargo, se considera hidrato al compuesto que fija una molécula de agua; así, la fórmula anterior no corresponde a las propiedades de estos compuestos ya que de ningún modo las moléculas de agua están individualizadas

en la molécula del carbohidrato. Además, existen carbohidratos cuya fórmula general no conserva la relación descrita, por ejemplo, la desoxirribosa, cuya fórmula general es C5H10O4. Por otro lado, hay compuestos que siguen esa relación y no son glúcidos, por ejemplo, el formol: C(H20), el ácido acético: C2(H20)2 y el ácido láctico: C3(H20)3. La denominación de azúcares o glúcidos (glykos = dulce) tampoco es exacta porque no todos son dulces; el almidón, por ejemplo, es insípido. En cambio, el aminoácido glicina (o glicocola) es dulce y no es un carbohidrato. La palabra sacárido significa azúcar. En conclusión, aunque los nombres propuestos (azúcares, glúcidos, carbohidratos, hidratos de carbono, sacáridos) para designar este tipo de compuestos no son adecuados del todo, se utilizan como sinónimos pero los más aceptados son: glúcidos o carbohidratos.

6.1.2 Importancia biomédica

Los carbohidratos tiene funciones muy diversas en el organismo; desde la transferencia de energía entre células, como es el caso de la glucosa, que es el sustrato energético fundamental y combustible universal para el

Los enlaces de los grupos hidroxilos de la glucopiranosa en "silla" son paralelos al eje de simetría del anillo y se denominan uniones axiales; los hidrógenos se encuentran en el mismo plano de anillo y se consideran uniones ecuatoriales. En la forma p-gluco-piranosa, los hidroxilos ocupan todas las posiciones ecuatoriales de "mayor espacio", y es quizá la razón por la que está configuración está presente en una relación de 2:1 respecto a la a-glucopiranosa en una mezcla acuosa en equilibrio.

6.3.3 Propiedades químicas

Los carbohidratos deben sus propiedades químicas a la existencia en su molécula de grupos aldehido o cetona y a la presencia de grupos hidroxilo (polialcoholes).

6.3.3.1 Reducción: formación de polialcoholes

Reducción. La única función que puede ser reducida es la función aldehido o cetona. La reducción química o enzimática convier

te el carbonilo en alcohol. La reducción de la D-glucosa, de D-fructosa o de la L-sorbo-sa da el mismo polialcohol llamado D-sorbi-tol. La reducción del gliceraldehído o la dihidroxiacetona produce el glicerol, importante por formar parte de los triacilgliceroles y varios fosfolípidos; de hecho, el glicerol representa un nexo importante con el metabolismo de los carbohidratos a nivel del gliceraldehído (3-fosfato). La reducción de mañosa y galactosa produce manitol y dulci-tol, respectivamente. La reducción de las pentosas xilulosa y ribosa forma xilitol y ri-bitol, respectivamente (fig. 6.9).

La importancia de estos polialcoholes radica en la transformación enzimática, por medio de una aldosa reductasa del cristalino, que los produce a partir de algunas hexo-sas. Estos polialcoholes, por su carácter fuertemente hidrofílico, ejercen una influencia osmótica que determina opacidad del cristalino provocando cataratas.

Hay otros alcoholes, los ciclitoles, de los cuales el más abundante en la naturaleza es el meso-inositol, que tienen actividad de tipo vitamínico y forma, además, parte de algunos fosfolípidos (fig. 6.10).

6.33.2 Oxidación: formación de ácidos

Oxidación. La oxidación de las aldosas puede ocurrir, en el grupo aldehídico o en el grupo alcohólico primario (terminal), o en ambos sitios; es decir, se pueden formar tres tipos de derivados oxidados: (fig. 6.11).

Ácidos aldónicos. Con hipoclorito se oxida el grupo aldehíco que pasa a ácido: la glucosa forma el ácido glucónico, la galactosa elgalactónico, la ribosa el ribónico, etc.

Ácidos sacáricos. Una potente oxidación, con ácido nítrico, por ejemplo, provoca la aparición de grupos ácidos en ambos extremos de la cadena. Se forman ácidos dicarbo-

xílicos, como el glucosacárico o glucárico de la glucosa, galactárico o galactosacárico de la galactosa, etc. En realidad, estos compuestos son de poco interés biomédico.

Ácidos uránicos. La oxidación del grupo alcohólico primario terminal general los ácidos urónicos, conservándose intacto el aldehido. El más importante de este grupo es el ácido D-glucurónico, derivado de la glucosa.

En los mamíferos, el ácido glucurónico, el cual existe en forma cíclica (fig. 6.12), reacciona con varios compuestos poco solubles en agua haciéndolos más solubles, favoreciendo su excreción por bilis y orina. Entre estos compuestos están las hormonas sexuales, la bilirrubina conjugada y diversos fármacos y sustancias tóxicas. Además, el ácido glucurónico forma parte de diferentes polisacáridos (ver más adelante) como el ácido hialurónico, constituyente del tejido conjuntivo, y el anticoagulante heparina.

Los ácidos glucónicos y glucurónico se encuentran generalmente en forma de lacto-nas. La gulonolactona forma parte, junto con el glucuronato, de un ciclo en el cual se forma en todos los mamíferos (menos primates y cobayos) el ácido ascórbico (vitamina Q cuya estructura es también de tipo lactona (fig. 6.13).

6.14 se muestran ejemplos de esteres fosfato de importancia metabólica.

6.3.4.2. Aminoazúcares (hexosaminas)

Aminoazúcares. La sustitución de un grupo -OH por un grupo amino (-NH2) origina los aminoazúcares. Ejemplos de importancia son la glucosamina, constituyente del ácido hialurónico, la galactosamina, componente de la condroitina, y la manosamina de polisacáridos complejos (Fig. 6.15).

En estado natural, los aminoazúcares están casi siempre acetilados en la función amina, formando la N-acetilglucamina y N-acetilgalactosamina. La letra N indica que el radical acetilo está unido a la función -NH2 de la hexosamina.

Estos compuestos no se encuentran en estado libre, sino incorporados a moléculas como glucolípidos, glucoproteínas, glucosa-minoglucanos, etc. En estado libre, las hexosaminas son tóxicas para las células hepáticas. Varios antibióticos como la eritromicina y la carbomicina contienen aminoazúcares; se

Fig. 6.15. Aminoazúcares de importancia biológica

piensa que los aminoazúcares están relacionados con su actividad antibiótica.

Existen aminoazúcares más complejos, constituidos por una hexosamina acetilada y un ácido de tres carbonos, como son los ácidos N-acetilmurámico y N-acetilneuramíni-co (fig. 6.16). El primero se encuentra formando parte de la pared celular de las bacterias gram-positivas y el ácido N-acetil-neuramínico (NANA) y sus derivados, lla

mados genéricamente ácidos siálicos (del griego sialis, saliva), porque se les halló en las glucoproteínas de la saliva. También se encuentran ácido N-acetilneuramínico en algunos gangliósidos cerebrales, de ahí su nombre (del griego neuros, cerebro).

6.3.4.3 Desoxiazúcares

Desoxiazúcares. Se denominan así los monosacáridos en los que un -OH es reemplazado por un -H. El más importante es la 2-desoxi-D-ribosa, componente del ácido desoxirribonucleico (DNA). Otros desoxiazúcares raros son representantes de la serie L, como la L-fucosa y la L- ramnosa (fig. 6.17). Estos últimos se encuentran formando parte de glucoproteínas o como componentes de la pared celular de algunas bacterias.

La 2-desoxiglucosa es un importante inhibidor del metabolismo de la glucosa.

Fig 6.16. Estructura del ácido N-acetilmurámico y del ácido N-acetilneuramínico.

Fig. 6.17. Desoxiazúcares. A veces es difícil distinguir entre desoxihexosas y metilpentosas, como en la L-ramnosa y L-fucosa.

6.3.4.4 Glucósidos

Glucósidos. Si al grupo -OH del carbono anomérico (reductor) de un monosacárido se le une otro monosacárido se genera un disacárido. Pero si a este hidroxilo (-OH) se le une una molécula que no es un carbohidrato, se forma un glucósido. A la porción

no carbohidrato se le denomina aglucona. En ambos casos el enlace de denomina glu-cosidicoy y es un enlace acetal que resulta de la unión de un hemiacetal y otro grupo -OH.

Son glucósidos muchos medicamentos como los de la digital (fig. 6.18), y el antibiótico estreptomicina, fármacos de gran uso en medicina.

Fig. 6.18. Estructura del glucósido digitonina.

Fig. 6.19. Algunos disacáridos.

6.4 OLIGOSACÁRIDOS

Los oligosacáridos son productos de hidrólisis parcial de polisacáridos, como la maltosa y maltotriosa, aunque algunos existen en forma libre como la lactosa y sacarosa (disacáridos), gencianosa (trisa-cárido) y estaquiosa (tetrasacárido). En la naturaleza, los oligosacáridos se han encontrado hasta pentasacárídos, pero por síntesis de laboratorio se puede llegar hasta octasacáridos.

Como el grupo -OH del carbono anoméri-co (a o P de un monosacárido reacciona con cualquier -OH de otro para formar un oligo-sacárido, la posibilidad de formar diferentes

moléculas partiendo de un solo tipo de monosacárido es muy grande.

6.4.1 Disacáridos

Los disacáridos fisiológicamente importantes son maltosa, sacarosa y lactosa (Fig. 6.19).

Otros disacáridos de importancia secundaria son la trehalosa, celobiosa e isomaltosa (Fig. 6.20).

Los disacáridos sacarosa, lactosa y trehalosa existen libres en la naturaleza, la trehalosa se encuentra en la hemolinfa de algunos insectos, la maltosa, celobiosa e isomaltosa son productos de hidrólisis parcial de almi-

Fig. 6.20. Otros disacáridos.

dones, celulosas y dextranas, respectivamente.

6.4.1.1 Propiedades químicas y físicas.

Los disacáridos son solubles en agua y se pueden cristalizar. Los cristales de sacarosa (azúcar refinada) son ampliamente conocidos por su empleo alimentario. La maltosa, lactosa y sacarosa son dextrógiras. Cuando queda libre uno de los carbonos anoméricos de uno de los monosacáridos, el disacárido es reductor. Si al formar el enlace glucosídi-co los carbonos anoméricos quedan bloqueados, el disacárido no tendrá capacidad reductora. Así, la sacarosa y la trehalosa no son reductoras ni muestran el fenómeno de mutarrotación.

6.4.1.2 Hidrólisis

In vitro, la hidrólisis, catalizada por iones H+ , libera los monosacáridos constitutivos. En el caso de la sacarosa, la glucosa y la fructosa recuperan sus funciones hemiacetá-licas libres y reaparece su carácter reductor sobre el licor de Fehling. Además, la fructosa es más levógira (-92°) que la sacarosa original (+66.5°) y que la glucosa formada (+52.5°); la mezcla de cantidades iguales de glucosa y fructosa es levógira y recibe el nombre de azúcar invertido (la enzima que hidroliza a la sacarosa se denomina sacarasa o invertasa).

In vivo, la hidrólisis de los disacáridos se realiza por enzimas específicas llamadas genéricamente disacáridasas.

6.4.1.3 Propiedades biológicas 6.4.3. Otros o ligo sacáridos

Tienen sabor dulce, especialmente la sacarosa. La maltosa se forma en el tubo digestivo durante la digestión, por hidrólisis del almidón y del glucógeno. Es rápidamente hidrolizada por la enzima maltasa en dos glucosas. La lactosa es el principal carbohidrato de la leche. Es la base de alimentación del lactante que, durante la digestión, la hidro-liza en su tubo digestivo en glucosa y galactosa, los cuales se absorben a través de la pared intestinal. La sacarosa es el azúcar común, extraído de la caña de azúcar o de la remolacha. En el tubo digestivo se hidroliza en glucosa y fructosa que son absorbidas. A nivel del hígado, fructosa y galactosa se transforman en glucosa. Sólo los monosacáridos son absorbidos por el intestino, no los disacáridos.

6.4.2 Trisacáridos

Resultan de la condensación de tres moléculas de monosacáridos. La rafinosa (Fig. 6.21) se encuentra en el azúcar de remolacha, incompletamente refinada, y en otras plantas superiores. La melitosa se encuentra en la savia de algunas coniferas.

El tetrasacárido estaquiosa (digalactosil sacarosa) (fig. 6.22) se encuentra en los vegetales.

Los oligosacáridos más importantes son los que forman parte de los determinantes antigénicos de los grupos sanguíneos y otros que se presentan en células y permiten su reconocimiento; algunos tienen carácter antibiótico.

6.5 POLISACARIDOS

La mayoría de los carbohidratos naturales se encuentran como polisacáridos de elevado peso molecular. La D-glucosa es el que más frecuentemente forma la unidad monosacári-da de un polisacárido, aunque también existen polisacáridos con mañosa, fructosa, galactosa, xilosa y arabinosa; además pueden participar azúcares aminados como glucosamina, galactosamina, ácido glucurónico. N-acetil-murámico y N-acetilneuramínico. Los polisacáridos que son polímeros de un solo monosacárido se denominan homopolisacá-ridos; los que contienen más de una clase de monosacáridos se denominan heteropolisa-

Galactosa (a1-6) glucosa (pl-2) fructosa (RAFINOSA)

Fig. 6.21. Estructura de la rafinosa.

cáridos. Estos compuestos son de elevado peso molecular y por su carácter hidrofílico forman dispersiones coloidales. El PM de la celulosa es de 200-400,000; el de los almidones es de 10,000 a un millón y el PM del glucógeno varía de 1 a 4 millones. Los poli-sacáridos pueden formar cadenas lineales o ramificadas.

6.5.1 Homopolisacáridos

Los homopolisacáridos son aquellos formados por un solo tipo de monosacárido, aunque participen diferentes tipos de uniones. Por convención se nombran agregando la terminación -ano al monosacárido que constituye el polímero. La denominación general es áeglicanos: si son de glucosa; de galactosa, galactanos; de arabinosa, arábanos; de xilo-sa, xilanos, etc.

Almidón. Es un polisacárido de reserva de los vegetales y desempeña importante papel en la alimentación humana. Se encuentra en los granos (amiloplastos) de los órganos de reserva vegetal como el tubérculo de la papa, el grano de trigo, de leguminosas, cereales y otros vegetales.

El almidón en estado natural es una mezcla de dos compuestos: la a-amilosa (20%) y la amilopectina (80%). La amilosa consiste en una cadena lineal de unidades de glucosa (200 a 300) unidades por enlaces a 1-4 glucosídicos. Estos tienden a doblar la cade

na formando una hélice que contiene 6 residuos de glucosa por giro (fig. 6.23).

En la amilopectina también se encuentran enlaces a 1-4 pero difiere de la amilosa por la presencia de enlaces ctl-6 (fig. 6.24) lo cual permite la fijación de cadenas laterales que dan a la molécula un aspecto ramificado. Se ha calculado que existen de 24 a 30 moléculas de glucosa por ramificación. La amilosa se desliza en los intersticios, dando una estructura muy densa y homogénea, al grano de almidón.

Los granulos de almidón son insolubles en agua fría, pero al calentarse absorben agua y se hinchan formando geles conocidos como engrudo de almidón. Los granulos y sus soluciones coloidales reaccionan con yodo dando un color azul violáceo. Esto se debe a la amilosa, que forma un complejo de inclusión azul intenso, y la amilopectina que se colorea de rosa o rojo. Cuando se calienta levemente desaparece la coloración y reaparece con el enfriamiento lo que indica que se trata de una fijación física del yodo.

Los productos de hidrólisis incompleta del almidón se llaman genéricamente dextrinas; estos dan color rojo con el yodo, a diferencia del almidón nativo. Existen enzimas que hidrolizan el amidón, llamadas amila-sas, en la saliva y el jugo pancreático, liberando primero dextrinas y luego maltosa. Se requiere de una disacaridasa específica (maltasa) para liberar las unidades de glucosa (fig. 6.25).

Figura 6.24 Estructura de la amilopectina.

Existe otra enzima que hidroliza enlaces a 1-6 llamada a 1-6 glucosidasa o enzima desramificante del jugo intestinal que continúa la hidrólisis de dextrinas hasta maltosa, en coordinación con la amilasa.

Glucógeno. Su estructura es muy parecida a la amilopectina con enlaces a 1-4 y a 1-6, por lo que también se le conoce como almidón animal. Su estructura es ramificada en virtud de que los puntos de ramificación son más frecuentes y sus ramas más cortas (12 unidades de glucosa). El glucógeno se encuentra principalmente en hígado y músculo

como forma de almacenamiento de la glucosa. Su peso molecular es de varios millones, siendo una molécula esférica y compacta. En virtud de ser más ramificado, permite la acumulación de más unidades de glucosa por unidad de volumen que la amilopectina. Con el yodo presenta un color rojo violeta.

La fijación de nuevos residuos de glucosa durante la síntesis de glucógeno, así como la liberación de unidades de glucosa se hacen por los extremos no reductores, los cuales son sitios de acción de la fosforilasa y sintetasa. De este modo, las ramificaciones incremen-

feto, hasta la función de reconocimiento celular y proteico, pasando por la función de reserva energética bajo la forma de glucógeno. Son responsables de la forma y la resistencia de los organismos vegetales en forma de celulosa. Ciertos carbohidratos contribuyen a la formación de sustancias como el ácido condroitín sulfúrico y el ácido hialurónico que constituyen parte del cemento intercelular de los tejidos. Los carbohidratos pueden ser precursores de lípidos y de factores vitamínicos como el ácido ascórbico (vitamina C) y el inositol en determinados organismos.

6.2 CLASIFICACIÓN GENERAL Y NOMENCLATURA

Los carbohidratos se clasifican generalmente en:

1. Monosacándos. Son azúcares que no pueden ser hidrolizados a otros más simples.

2. Oligosacáridos. Son polímeros de varios monosacándos (usualmente de 2 a 10)

3. Polisacáridos. Están formados por un gran número de monosacáridos formando una molécula polimérica de elevado peso molecular.

La característica común en la nomenclatura de los carbohidratos es la terminación "osa" que, para algunos autores, representa otra alternativa de denominación: las osas y los ósidos, holósidos y heterósidos, etc. Así tenemos la glucosa (monosacárido), sacarosa (disacárido), rafínosa (trisacárido), celulosa (polisacárido), etc. Claro está que existen excepciones como, por ejemplo, glucógeno, almidón, ácido hialurónico y otros nombres de carbohidratos que escapan a esta regla.

6.3 MONOSACÁRIDOS

Los monosacáridos o azúcares simples pueden subdividirse en aldosas y cetosas, según contengan el grupo aldehídico o cetó-

nico, respectivamente; y además en triosas, tetrosas, pentosas, hexosas, heptosas u ociosas, según contengan, 3,4,5, 6,7 u 8 átomos de carbono. Suelen combinarse las dos denominaciones; una aldopentosá, es un monosacárido de 5 carbonos con una función aldehido, una aldohexosa tiene 6 carbonos y una función aldehido, una cetohexosa tiene 6 carbonos y función ceto-na. Las cetosas se designan usualmente mediante el sufijo "ulosa".

6.3.1 Actividad óptica e isomería

Todos los carbohidratos poseen átomos de carbono asimétrico. Un carbono asimétrico es el que está unido a cuatro átomos o grupos diferentes. La presencia de carbono asimétrico en los monosacáridos les confiere la propiedad conocida como actividad óptica, que consiste en la desviación del plano de luz polarizada cuando ésta atraviesa una solución del carbohidrato. La actividad óptica se presenta a partir del carbohidrato más simple, la aldotriosa o gliceraldehído, del cual existen dos isómeros, que por esta razón se denominan isómeros ópticos: uno que desvía el plano de luz polarizada a la derecha, en el sentido de las manecillas del reloj (dextrógiro o dextrorrotatorió), y otro que la desvía a la izquierda {levógiro o levo-rrotatorió), (Fig. 6.1.)

Como puede verse en la figura 6.1, las dos estructuras guardan entre sí la misma relación que la de un objeto con su imagen en un espejo. La relación que exhiben tales compuestos se denomina estereosomería y ambos se designan como estereoisómeros o enantiómeros (enantiomorfos).

Pasteur fue el primero en observar esta relación al examinar al microscopio cristales de ácido tartárico dextrógiro y levógiro y encontrar dos tipos de cristales que eran la imagen al espejo uno del otro y que al observarlos por separado en agua tenían rotación

Rompimiento poramiasa que deja residuos de 2 unidades (maltosa)

OO • « _ * « % •

" -- Extremo OO * * » ^ ^ * W ( reductor ^ o •* ^V***^

•% )r¿T Extremos

no reductores

Figura 6.25 Dextrina límite residual (círculos negros).

tan la velocidad de síntesis y degradación del glucógeno.

El glucógeno de alimentos (carne) es hi-drolizado como el almidón por las amilasas digestivas y transformada en maltosa. También puede formar dextrinas.

Las células no pueden almacenar glucosa en forma libre porque cada molécula de glucosa desarrolla cierta presión osmótica. Fijando las moléculas de glucosa en forma de glucógeno, la célula evita aumentar su presión osmótica, ya que cada molécula de glucógeno desarrolla la misma presión osmótica que una de glucosa disuelta en el mismo volumen.

Dextranas También son homopolisacári-dos de glucosa pero su unión es a 1-6. La levadura Leuconostoc mesenteroides puede polimerizar glucosas provenientes de sacarosa y formas dextranas, las cuales forman soluciones muy viscosas que tapan los filtros en la fermentación de la caña de azúcar. También Leuconostoc forma las dextranas, responsables de la elevada viscosidad del pulque.

En medicina se han utilizado las dextranas como sustitutos de la albúmina del plasma en virtud de presentar una presión osmótica similar. Se conocen estas soluciones como expansores del plasma. Además, las dextranas tratadas con epiclorhidrina fueron la ba

se de polímeros que forman mallas moleculares (Sephadex) que permiten la separación de mezclas de sustancias de diferente peso molecular, en particular proteínas, (revisar la unidad III, 3.6.2.)

Celulosa. Es una de las sustancias orgánicas más abundantes de la naturaleza. En la celulosa está incluido más del 50% del carbono orgánico total de la biosfera. La madera contiene 50% de celulosa y el algodón es casi celulosa pura. La hidrólisis parcial de celulosa da lugar al disacárido celobiosa, lo que indica que es un polisacárido de D-glu-cosa con uniones a l -4 , no ramificado (fig. 6.26) para los seres humanos la celulosa es material indigerible, pues para las secreciones digestivas no hay enzimas capaces de hidrolizar las uniones (51-4 glucosídicas. Sin embargo, es una fuente importante de "volumen" en la dieta, que previene del estreñimiento. En el intestino de los rumiantes y otros hervíboros, existen bacterias que producen celulasas que hidrolizan la celulosa y la utilizan como ftiente energética.

Quitina. Forma el exoesqueleto de insectos y crustáceos. Es un homopolisacárido de N-acetil-D-glucosamina con uniones pl-4 (fig. 6.27). Al igual que la celulosa, forma cadenas lineales y es insoluble en agua.

Pectinas. Son polisacáridos responsables del aspecto de jaleas que pueden extraerse

Fig. 6.26. Estructura de la celulosa. Los puentes de hidrógeno que se forman entre cadenas la dan su configuración fibrilar.

Fig. 6.27. Estructura de la quitina.

de cascaras de manzanas, peras, etc. Se utilizan como medicamentos astringentes en casos de diarreas no infecciosas. Son polímeros de ácido galacturónico (fig. 6.28).

6.5.2 Heteropotisacáridos

Los heteropolisacáridos resultan de la polimerización de 2 o mas monosacáridos elementales que contienen generalmente una hexosamina, que puede contener o no grupos

sulfato, y una molécula de ácido urónico, lo cual confiere al polisacárido un carácter ácido que les hace comportarse como polianiones.

6.5.2.1 Glucosaminoglucanos. Mucopolisacáridos

Glucosaminoglucanos. Son polímeros no ramificados de unidades de un aminoazúcar acetilado, N-acetilglucosamina o N-acetil-galactosamina, y un ácido urónico, D-glucu-

Fig. 6.28. Estructura de una pectina (poligalacturónico)

rónico o L-idurónico). De acuerdo a su función, se pueden clasificar en estructurales y de secreción; desde el punto de vista químico, se pueden clasificar en sulfatados y no sulfatados (Tabla 6.1)

Acido hialurónico. El ácido hialurónico debe su nombre a que se le encuentra en zonas hialinas del cartílago. Hialino es un término histológico que significa traslúcido. La terminación urónico significa que contiene un

TABLA 6.1 Clasificación de los glucosaminoglucanos

Los glucosaminoglucanos estructurales forman parte de la sustancia fundamental del tejido conjuntivo; los de secreción comprenden a la heparina y derivados y los mucoitin sulfatos. Los glucosaminoglucanos se presentan unidos a proteínas, constituyendo así el gran grupo de los proteoglicanos; ambas moléculas se conocían antes como mucopo-lisacáridos.

ácido urónico, el glucurónico. El disacárido monomérico del ácido hialurónico está formado por un residuo de ácido glucurónico y unodeN-acetilglucosamina (fig. 6.29).

Contrariamente a los otros, el ácido hialurónico no contiene sulfato ni se une covalen-temente a proteínas. Forma una especie de filamento sin ramificación y se dispone en hélice, la cual es muy rígida por la asocia-

Fig. 6.29. Estructura del ácido hialurónico.

ción de cadenas antiparalelas. Las soluciones de ácido hialurónico son extremadamente viscosas. Abunda como cemento intercelular, en el líquido sinovial, articulaciones, humor vitreo y en general en el tejido conectivo. Desempeña un papel en la hidratación de estos tejidos, porque fija moléculas de agua por sus grupos polares. Es producido, sobre todo, por los tejidos en desarrollo o en proceso de cicatrización. La enzima hialuronida-sa contenida en algunas bacterias y en el espermatozoide, hidroliza el polisacárido con disminución de la viscosidad del halo celular.

Condroitina. Es parecida al ácido hialurónico excepto que contiene N-acetilgalacto-samina en lugar de N-acetilglucosamina. Sus derivados sulfatados (fig. 6.30) son componentes de cartílados, huesos, córnea, piel, arterias y otros tejidos conectivos.

Estructuralmente, el dermatán sulfato está muy relacionado con los anteriores excepto que contiene ácido L-idurónico en lugar del ácido D-glucurónico (fig. 6.31).

Estos glicanos no están libres sino unidos a una molécula proteica. En el espacio se en

cuentran como una hélice simple con los grupos sulfato cargados negativamente dirigidos hacia el exterior.

El queratán sulfato no contiene ácido uránico sino galactosa en su lugar. Por tanto, su acidez depende de la existencia de grupos sulfato (fig. 6.32).

El queratán sulfato está casi ausente en el momento del nacimiento y aumenta su contenido hasta los 30 años. Se localiza en cartílago, córnea, huesos y el núcleo pulposo de los discos intervertebrales.

Heparina. Es un polisacárido más corto que el queratán sulfato pero con la misma estructura base. Su particularidad consiste

en no contener grupo acetilado en la función amina de la glucosamina, sino un grupo sulfato en unión sulfamida (fig. 6.33).

Figura 6.30 Estructura de los condroitín sulfatos.

Figura 6.32 Estructura del queratán sulfato.

La heparina deriva su nombre de haber sido encontrada por primera vez en el hígado (del griego hepar, hígado); es fabricada por basófilos y células cebadas (mastocitos). Se encuentra en muchos tejidos como pulmón, paredes arteriales y sobre todo, en hígado. Su función es impedir la coagulación prematura de la sangre.

Mucopolisacaridosis. Son un grupo de enfermedades de almacenamiento lisosomal producidas por, deficiencia hereditaria de enzimas específicas implicadas en la degradación de los glucosaminoglucanos. A excepción de unos cuantos, los glucosaminoglucanos se encuentran como proteoglicanos presentes en la matriz extracelular del tejido conectivo. En condiciones fisiológicas, estos proteoglicanos son renovados por endocitosis y lisis por parte de las proteasas de los lisosomas que digieren la proteína (endoglicosidasas). Cada enzima lisosomal es específica para determinado tipo de enlace. La deficiencia de alguna de ellas induce a la acumulación de glucosaminoglucanos parcialmente degradados en los lisosomas, lo cual produce alteraciones del tejido conectivo, sobre todo de corazón, hueso y sistema nervioso central. En la mucopolisacaridosis tipo II (MPS H), conocida como síndrome de Hunter, la enzima ausente (L-sulfoiduronato-suffatasa) está codificada por un gene del cromosona X; to-

COOH

/— \

O-oJ 1 0-S03H

CH2-O-SO3H

/—v O^ í NH SO3H

Figura 6.33 Estructura de la heparina.

das las demás están codificadas por cromosomas autosómicos. Las enzimas ausentes pueden ser la a-L-iduronidasa, N-acetil-glu-cosaminidasa, N-acetil-galactosamina-4-sulfatasa, P-glucuronidasa, etc. (tabla 6.2). En conjunto la incidencia de las mucopolisacaridosis es de 1:30,000 nacimientos.

Modelo clínico:

MUCOPOLISACARIDOSIS TIPO I O SÍNDROME DE HURLER

Una niña de 4 años fue enviada al servicio de Genética. Refiere la madre que la niña empezó a manifestar los síntomas al año de edad, con malformación de la cara, respiración ruidosa y retraso en el desarrollo psico-motor. A la exploración física se corroboran los siguientes datos: Paciente con talla y peso bajo, facies grotesca, opacidad corneal bilateral, nariz achatada, labios gruesos, encías hipertróficas, mala oclusión dental lengua gruesa, cuello corto y ancho, abdomen con hepato y esplenomegalia, giba toraco-lumbar, hirsutismo generalizado.

Los exámenes de laboratorio reportan: —Prueba de azul de toluidina en orina:

positiva —Cultivo de fibroblastos en piel: vacuo

las intracitoplásmicas por acumulo de poli-sacáridos.

Tipo

I-H

I-S (antes V)

Il-severa Il-benigna

III-A

III-B

III-C

IV

VI

VII

VIII

TABLA 6.2 PRINCIPALES MUCOPOLISACARIDOSIS (MPS)

Síndrome

Hurler

Scheie

Hunter

Sanfilipo A

Sanfilipo B

Sanfilipo C

Morquio

Maroteaux-Lamy

Trastorno sin nombre

Trastorno sin nombre

Enzima Faltante

a-L-Iduronidasa

a-L-Iduronidasa

L-sulfoiduronato-sulfatasa.

Heparán sulfato sulfamidasa

N-acetil glucosamidasa

Características Clínicas

Retraso mental, deformidades esqueléticas, opacidad de la córnea; condroitín sulfato en la orina y algunos tejidos.

No hay retraso mental; deformidades esqueléticas moderadas; presencia de dermatán sulfato en orina.

Igual al tipo I-H pero puede presentar dos formas.

Retraso mental, deformidades esqueléticas, heparán sulfato en orina y tejidos.

Acetil CoA: glucosamida-N-acetil transfersa

N-acetil galactosamina-6-sulfatasa.

N-acetilgalactosamina -4- sulfatosa (arilsulfatasa b)

a-glucuronidasa

N-acetilglucosami-na-6-sulfatasa

Tabla tomada con modificaciones de: Laguna-Pina, Bioq 185,1990.

No hay retraso mental, deformidades esqueléticas; queratán sulfato y condroitín sulfato en orina.

No hay retraso mental; deformidades esqueléticas graves; opacidad de la córnea; dermatán sulfato en la orina.

uímica, Ed. Salvat, 4a. Edición, pág.

En orina se detectan mucopolisacáridos como sulfato de dermatán y sulfato de hepa-rán positivos.

Enzima deficiente: alfa L-iduronidasa Tratamiento: No hay. Generalmente mueren antes de

los 10 años. DISCUSIÓN: Es un trastorno hereditario

y se manifiesta por alteraciones neruológi-cas, osteoartríticas, cardíacas y vasculares. Dependiendo de la deficiencia enzimática y del acumulo del mucopolisacárido, se han descrito 16 variedades clasificadas en 8 tipos. La alfa-L-iduronidasa es una exogluco-sidasa lisosómica que separa el ácido L-idurónico del extremo no reductor de la cadena de polisacáridos.

6.5.2.2 Proteoglicanos

Proteoglicanos. La mayor parte de los glucosarninoglucanos están fijados por su extremo reductor a una proteína. El sitio de unión de lleva a cabo sobre la función -OH de residuos de serina presentes en la cadena polipeptídica. El polipéptido que sirve de soporte se denomina "corazón del proteogli-cano". Una forma de representar la estructura de un proteoglicano es la de un cepillo, del cual los glicanos constituyen las cerdas y el polipéptido la madera. Hacia un extremo del polipéptido, la longitud de las cadenas glicánicas es más baja y este extremo se une por uniones no covalentes a una molécula de ácido hialurónico, muy alargada, que sirve de nexo. Esta asociación está estabilizada poruña glucoproteína de unión, que enlaza a la vez al ácido hialurónico y a cada "corazón" de proteoglicano (fig. 6.34). La proteína representa sólo un 10-20% del peso de la molécula, mientras que el 80-90% restante es condroitín sulfato y en menor proporción quera tan sulfato.

6.5.2.3 Peptidoglkanos

Son macromoléculas constituidas por cadenas de polisacáridos paralelas entre sí y unidas por cadenas peptídicas laterales. El disacárido que se repite está formado por N-acetilglucosamina y ácido N-acetilmurámi-co unidos por un enlace pl-4 glucosídico; un tetrapéptido formado por aminoácidos que dependen de la especie bacteriana de que se trate y un puente de pentaglicina (fig. 6.35).

Los peptidoglicanos proporcionan a la pared bacteriana un soporte que protege a la bacteria de choques osmóticos, en virtud de que la concentración intracelular genera una presión osmótica que puede alcanzar las 20 atmósferas. La penicilina actúa como antibiótico inhibiendo la síntesis de los peptidoglicanos. La lisozima, enzima presente en las lágrimas y otras secreciones, hidroliza los enlaces pi-4 del polisacárido del pepti-doglicano. Por otro lado, los peptidoglicanos son responsables de la especificidad antigénica bacteriana y su virulencia.

6.5.2.4. Glicoproteínas

Es un grupo heterogéneo de proteínas que presentan una distribución universal; la gran mayoría de las proteínas de la membrana celular y de las proteínas secretadas por las cé-lu las son g l i c o p r o t e í n a s . Se l l aman genéricamente mucinas a las glicoproteínas ricas en glúcidos aisladas del mucus (secreción de las glándulas mucosas).

A diferencia de los glucosarninoglucanos, las glicoproteínas carecen de ácidos urónicos y esteres sulfato. El mejor carácter distintivo es la presencia de ácidos urónicos en los proteoglicanos que no existen en las glicoproteínas. Las glicoproteínas están constituidas por monosacár idos (galactosa, mañosa), aminoazúcares, desoxiazúcares y

agregado de protcogücanos

• 1 | i m -

Fig. 6.34. Estructura de un proteoglicano

sobre todo, ácido N-acetil-neuramínico (NANA). La fijación a la cadena polipeptí-dica se hace generalmente sobre la cadena lateral de un residuo de asparagina mediante

unión N-glucosídica; también puede unirse la cadena oligosacárida con el hidroxilo de serina o treonina mediante unión O-glucosí-dica (sobre todo en las mucinas) (fig. 6.36).

Las glicoproteínas son generalmente extra-celulares. En el plasma sanguíneo se encuentran más de 80 glucoproteínas diferentes con funciones muy precisas (Tabla 6.3)

Las glicoproteínas se encuentran en la superficie externa de todas las membranas celulares. Se usa el término glucocáliz para referirse a la zona, rica en carbohidratos, de la superficie celular de eucariotas. Estas moléculas desempeñan un importante papel en el proceso de reconocimiento de las células entre sí y con otras, como bacterias y virus. Por ejemplo, los grupos sanguíneos del sistema ABO; los eritrocitos de individuos del grupo A poseen N-acetilgalactosamina y los del grupo B tienen galactosa como monosa-cárido terminal del oligosacárido antigénico; las personas AB tienen ambos monosacári-dos, los cuales están ausentes en las personas del grupo O. (Fig. 6.37).

Otras funciones de los oligosacáridos de superficie incluyen los contactos sinápticos

Fig. 6.1. Configuración espacial del D-gliceraldehído y del L-gliceraldehido.

óptica opuesta pero del mismo valor al observarlas en el polarímetro (Fig. 6.2)

En el caso del gliceraldehído, la forma D, en la que por convención el hidróxilo se ubica a la derecha, tiene una rotación específica de +13.5° y la forma L, hidróxilo a la izquierda, tiene una rotación levógira de -13.5° (Fig. 6.3)

Cuando se mezclan cantidades iguales de las formas D y L de cualquier isómero óptico se anula la rotación óptica; a estas mezcla sin actividad óptica se les denomina racematos o mezclas racémicas. Existen enzimas que invierten el giro de un isómero óptico transformándolo en el otro enantiomorfo que reciben el nombre genérico de racémosos.

Dado que todos los monosacáridos pueden considerarse derivados del D- o del L-glice-raldehído, éste se toma como referencia. Así, todos los carbohidratos que poseen el penúltimo hidróxilo hacia la derecha (como el D-gliceraldehído) pertenecen a la serie D; si el hidróxilo queda a la izquierda, el carbohidrato pertenece a la serie L. En cambio, el

carácter dextrógiro se representa con el signo (+) y el levógiro con (-) , independientemente de la configuración D o L. Por ejemplo, la fructosa que existe en la naturaleza es el isómero D (-), por lo que se conoce también como levulosa. Cabe hacer hincapié que la mayoría de los monosacáridos que se encuentran en la naturaleza pertenecen a la serie D, al contrario de lo que ocurre con los aminoácidos, cuyos isómeros naturales pertenecen a la serie L.

Si el monosacárido posee más de un carbono asimétrico, el número de isómeros posibles es 2n, siendo n el número de carbonos asimétricos. En las aldohexosas existen cuatro carbonos asimétricos, por lo que existirán 24 o 16 isómeros posibles (Fig. 6.4).

Las formas L de los monosacáridos no son aprovechables por los organismos, a excepción de la L-fucosa, la L-ramnosa y la L-sorbosa, pero estas existen en poca cantidad.

Las cetosas, en virtud de poseer menos carbonos asimétricos, existen en la naturaleza

Fig. 6.37. Antígeno del grupo sanguíneo A. * No presente en el grupo B.

entre neuronas, el rechazo de injertos, la falta de inhibición de crecimiento por contacto (observable en células cancerosas). Por último, una función particular de estos glúcidos es servir para reparar moléculas proteicas envejecidas.

Al eliminarse el NANA del oligosacárido de superficie, el hígado reconoce estas proteínas, las fija sobre receptores específicos y las destruye.

6.6 DIGESTIÓN V ABSORCIÓN DE CARBOHIDRATOS

La mayor parte de los carbohidratos de la dieta se encuentran como almidón procedente de cereales y la sacarosa; en menor proporción glucógeno, lactosa, glucosa, fructosa y una elevada proporción de celulosa, principal constituyente de la fibra no digerible. En la dieta occidental, 60% de las calorías totales deriva de los carbohidratos. De ellas, la mitad procede de azúcares simples (glucosa, fructosa, sacarosa, lactosa y cantidades ínfimas de trehalosa, mientras que el resto lo hace de carbohidratos complejos (celulosa, galactanos, mananos y, por supuesto, almidón).

Antes de que los carbohidratos de la dieta puedan ser absorbidos por el epitelio intestinal, es necesario que los polisacáridos, oli-gosacáridos y disacáridos sean hidrolizados hasta monosacáridos, los cuales se absorben directamente. Los principales monosacáridos producidos son glucosa, fructosa y galactosa.

La transformación digestiva de los carbohidratos de la dieta es catalizada por enzimas hidrolíticas que, en conjunto, reciben el nombre de glucosidasas.

6.6.1 Digestión salival

La saliva, además de humedecer y lubricar el bolo alimenticio en virtud de su contenido en mucinas (2 g por litro), contiene una a-amilasa (ptialina) que hidroliza la molécula de almidón y de glucógeno hasta maltosa. Sin embargo, esto es de poca importancia debido al corto tiempo que puede actuar sobre los alimentos.

Existe también una enzima, la lisozima, secretada por los macrófagos de las glándulas salivales. Esta enzima digiere el ácido murámico que constituye las paredes bacterianas. Sirve para la defensa del tubo digestivo contra la penetración de bacterias.

En el estómago, el HC1 realiza la hidrólisis de disacáridos, pero su acción es poco importante debido al poco tiempo de permanencia de los disacáridos en este órgano.

6.6.2. Digestión pancreática e intestinal

En el duodeno se vierte la secreción pancreática que contiene una a-amilasa pancreática (amilopsina) que, al igual que la salival, hidroliza sólo las uniones glucosídi-cas a l - 4 , siempre que no se encuentren próximos a la terminación de una cadena o a una ramificación (1-6). Como resultado de esta acción, el polisacárido se transforma en una mezcla de los oligosacáridos maltosa, isomaltosa, maltotriosa, y a-dextrinas. Para romper las ramificaciones se requiere de una amilo -1 -óglucosidasa.

En el borde en cepillo de las células de la mucosa intestinal (yeyuno e Íleon) se en

cuentran diversas hidrolasas u oligosacari-dasas. La a-dextrinasa hidroliza los enlaces a 1 -6 de a-dextrinas y de isomaltosa; junto con una exo-1, 4-glucosidasa, que hidroliza oligosacáridos empezando por el extremo no reductor, y una maltasa, se completa la hidrólisis del almidón hasta glucosa. Otras hidrolasas, también ubicadas en el borde en cepillo, actúan sobre los disacáridos sacarosa y lactosa; se trata de la sacarasa y la lactasa cuyos productos de hidrólisis son glucosa, fructosa y galactosa (fig. 6.38). Maltasa, a-dextrinasa, sacarasa y lactasa no están libres en el intestino sino localizadas a nivel del borde en cepillo de las células intestinales. Pueden incrementarse las concentraciones de lactasa y sacarasa mediante la administración oral de lactosa o sacarosa. La trehalasa hidroliza la unión 1 -1 de la trehalo-sa, liberando moléculas de glucosa; la presencia de trehalasa en nuestro intestino puede representar un vestigio evolutivo de-

fructosa -BORDE EN CEPILLO TRANSPORTE

Fig. 6.38. Hidrólisis de oligosacáridos en la mucosa intestinal.

rivado de la importancia de los insectos (la trehalosa es un disacárido de reserva en los insectos) en la dieta de algunos primates.

Existen muchos carbohidratos indigeribles en la dieta humana por carecer de enzimas capaces de hidrolizarlos. Entre ellos se encuentra la celulosa, la inulina, el agar y otros heteropolisacáridos vegetales. Estos tienen interés dietético ya que facilitan el tránsito de las heces a través del intestino grueso. Recientemente se ha vinculado el cáncer de colon con hábitos dietéticos de bajo consumo en fibra.

La lactosa de la leche también representa un carbohidrato no digerible para muchos adultos, debido a la pérdida de lactasa intestinal, que puede faltar totalmente en algunas razas como orientales y negros americanos.

6.6.3 Absorción de monosacáridos

De una manera general, los mecanismos de absorción de los nutrimentos pueden caer dentro de estos cuatro grupos generales.

1. Difusión pasiva a través de poros. Las sustancias de bajo peso molecular como el agua y algunos electrólitos, se mueven libremente por difusión a favor de un gradiente de concentración. El tamaño molecular de la mayor parte de los nutrimentos es demasiado grande para difundir por los poros.

2. Difusión facilitada por transportadores. Los nutrimentos solubles en agua no pueden penetrar en la membrana lipídica y tienen que unirse a "transportadores" que les facilitan el cruce. En la difusión pasiva y la difusión facilitada, los nutrimentos se mueven a favor de un gradiente de concentración. Cuando se igualan las concentraciones en la circulación y el lumen, los nutrimentos ya no difunden y permanecen en el tracto intestinal hasta ser excretados por las heces, lo que representa un desperdicio.

3. Transporte activo. Es probable que la mayoría de los nutrimentos se absorba por es

te mecanismo. El transporte activo implica el "bombeo" de nutrimentos contra un gradiente de concentración y el consiguiente gasto de energía del ATP (acción dinámica específica).

El sodio tiene un papel esencial en el transporte de agua, azúcares y aminoácidos. La energía requerida para el bombeo de sodio se aprovecha para el transporte de los otros nutrimentos, lo que permite el ahorro de energía.

4. Pinocitosis. Por este mecanismo la célula "bebe" una sustancia y la introduce al citoplasma. Parece que algunas grasas y proteínas intactas se absorben en esta forma, lo que explica la incidencia de alergia a ciertos alimentos.

Los carbohidratos de la dieta se absorben exclusivamente en forma de monosacáridos. El transporte de monosacáridos a través de la membrana de las células epiteliales de la mucosa hacia el torrente sanguíneo se realiza mediante mecanismos de difusión pasiva a favor de un gradiente, aunque cuando están más concentrados en sangre, se requiere transporte activo dependiente de sodio, o por un proceso que implica metabolizar el monosacárido en la propia célula que lo absorbe. Se encontró que la velocidad de absorción de los monosacáridos en el lumen intestinal presenta los siguientes valores relativos, dando a la glucosa el valor de 100:

D-galactosa 110 D-manosa 19 D-glucosa 100 D-xilosa 15 D-fructosa 43 D-arabinosa 9

Evidentemente la glucosa es el monosacárido más estudiado por ser el más abundante y porque tiene las mayores implicaciones metabólicas en el organismo.

6.6.4 Defectos en la digestión y absorción de carbohidratos

No es lo mismo malabsorción de carbohidratos que intolerancia a los carbohidratos.

Malabsorción es la imposibilidad de absorber correctamente los carbohidratos; intolerancia es el conjunto de síntomas intestinales que acompañan a la malabsorción.

Las causas de la malabsorción pueden ser una deficiencia enzimática de origen genética (deficiencia primaria) o inducida por alguna enfermedad (deficiencia secundaria).

El defecto más común es la deficiencia de lactasa. La actividad de esta enzima es abundante al nacimiento, se mantiene durante la lactancia y disminuye notablemente al .destete. En algunos niños se presenta una diarrea muy intensa por deficiencia de lactasa, que no desaparece hasta eliminar la leche de la dieta.

A veces se manifiesta en niños una deficiencia de a-amilasa pancreática que les impide ingerir almidones en los primeros meses de vida; esto no ocurre en adultos, que normalmente tienen exceso de dicha enzima.

Puede existir deficiencia hereditaria de sacarasa e isomaltasa en niños. Los síntomas son los mismos que los descritos para la deficiencia de lactasa. La sintomatología, que es común a cualquier deficiencia de di-sacaridasas, es consecuencia de la acumulación de disacáridos en el intestino que produce un efecto osmótico y estímulo del peristaltismo que da lugar a diarrea con pérdida de líquido y electrólitos. El acumulo de disacáridos produce también un aumento en la actividad fermentativa de las bacterias intestinales que produce gas (flatulencia y meteorismo) y, con ello, mayor malestar.

6.7 TRANSPORTE Y DISTRIBUCIÓN DE CARBOHIDRATOS

Una vez que se han absorbido a través de la mucosa intestinal, los monosacáridos son transportados por vía sanguínea portal hasta el hígado. Este órgano, como la torre de control de un aeropuerto, ejerce el control de los

caminos que la glucosa (y otros nutrimentos) deben seguir. En el hígado es metabo-1 izado más del 60% de los carbohidratos de la dieta. El resto pasa a la sangre sistémica. La concentración intracelular de glucosa en hígado es prácticamente la misma del plasma y es independiente de la insulina. Las células hepáticas parecen ser libremente permeables a la glucosa, mientras que las células de los tejidos extrahepáticos son relativamente impermeables. El propósito de las transformaciones que se llevan a cabo en hígado' son regular el nivel sanguíneo sisté-mico (homeostasis de la glucosa) y sintetizar ciertos compuestos esenciales a partir de ésta. Por esta razón, el hígado se encuentra bajo la influencia de hormonas pancreáticas, suprarrenales, hipofisiarias y tiroideas. Actúa como reservorio primario de combustible convirtiendo la glucosa en glucógeno, polisacárido de almacenamiento.

6.7.1 Fosforilación e interconversión de hexosas

Una comida típica contiene almidones, sacarosa y lactosa, lo que representa una entrada de galactosa, fructosa y glucosa al hígado. En tanto que la glucosa se eleva en sangre, poco después de ingerir alimentos, fructosa y galactosa rara vez son detectables en sangre periférica debido a la eficiente conversión hepática de estos monosacáridos en glucosa. Para ello deben previamente ser fosforilados mediante reacciones endergóni-cas catalizadas por hexocinasas. Las hexoci-nasas se encuentran presentes en todas las células con actividad glucolítica. tienen gran afinidad para la glucosa pero escasa especi-

fícidad para este monosacárido, ya que también catalizan la fosforilación de otras hexosas (fructosa, galactosa y mañosa, por ejemplo). En el hígado se ha descubierto otra enzima, la glucocinasa, específica para la glucosa, pero con poca afinidad por ésta. Existen la fructocinasa y galactocinasa específicas para el correspondiente monosacárido (fig. 6.39). En tanto que las hexocinasas se encuentran a nivel constante en las células (enzimas constitutivas), la glucocinasa es inducida en el hígado por insulina, de forma que su concentración hepática en la diabetes y en el ayuno está severamente disminuida.

Por otra parte, la actividad hexocinasa está sujeta a inhibición por el producto de la reacción, la glucosa-6-fosfato, inhibidor alostérico de la enzima; por el contrario, la actividad glucocinasa no es inhibida por la glucosa-6-fosfato (fig. 6.40).

La conversión de fructosa-6-fosfato en glucosa-6-fosfato es una reacción reversible catalizada por la fosfoglucoisomerasa:

La conversión de galactosa en glucosa-6-fosfato implica varios pasos intermedios (fig. 6.41).

La conversión de fructosa y galactosa en glucosa-1-fosfato o glucosa-6-fosfato requiere de mecanismos homeostáticos de regulación que determinan el destino último de los carbohidratos. Por ejemplo, si las células del organismo están cargadas de glucosa y sus intermediarios, el exceso es desviado hacia la formación de glucógeno para su almacenamiento. La galactosa puede

Fig. 6.39. Fosforilación de hexosas. Reproducida con autorización.

Fig. 6.40. Efecto de la insulina sobre la captación y utilización de glucosa. Reproducida con autorización de: R. Montgomery y cois., Biochemistry. A caso-oriented approach. 4* edición, pág. 333, St. Louis, 1983, C. V.

Mosby Co.

convertirse en glucosa-1-fosfato y no en glucosa-6-fosfato en las células hepáticas. Por otra parte, si se necesitaran de inmediato los hidratos de carbono para la producción de energía, la galactosa puede convertirse en glucosa-6-fosfato o la fructosa en fructosa-1,6-difosfato.

La importancia que tiene la interconver-sión de hexosas es el de constituirse en fuente de carbono para la biosíntesis de glucosa, ya sea que se utilice como material energético o para su depósito en forma de glucógeno. Es decir, en ausencia de glucosa, la fructosa y galactosa pueden ser utilizadas, previa interconversión. La regulación de esta importante vía de interconversión, está sujeto a las necesidades del hepatocito.

6.7.1.1 Galactosemia

La utilización de la galactosa se distingue del metabolismo de la glucosa en tres reacciones enzimáticas. Algunas enzimas del metabolismo de la galactosa se han encon

trado en diversos tejidos; el órgano más importante en el metabolismo de la galactosa es el hígado. Además, los ríñones podrían tener cierta importancia. Las enzimas para el metabolismo de la galactosa existen también en los hematíes. Son importantes para la demostración de los defectos enzimáticos y no es necesario investigar por biopsia hepática; se pueden comprobar los defectos enzimáticos en los hematíes.

Los dos trastornos fundamentales con-ciemen a la galactocinasa y a la uridil trans-ferasa. El déficit de la primera enzima, la galactocinasa, es causa de que la galactosa no pueda ser metabolizada. Con ello el defecto enzimático corresponde al de la fructosuria esencial. Pero la enfermedad no evoluciona tan inocuamente. La galactosa es absorbida rápidamente en el intestino utilizando procesos de transporte activo en contraste con la fructosa.

En el déficit de galactocinasa, la galactosa administrada por vía oral se excreta prácticamente toda como galactosa y galactitol por la orina. La síntesis del polialcohol ga-

lactitol es catalizada por la aldosarreductasa inespecífica. Esta enzima existe en actividad relativamente alta en el SNC. La formación de galactitol o dulcitol es causa de la opacidad del cristalino que destaca en el primer plano de las manifestaciones clínicas y de las alteraciones cerebrales. Administrando galactosa a ratas se consigue provocar cataratas por aumento de galactitol en el cristalino. Con la oportuna supresión del monosacárido no quedan secuelas. En general es reversible cuando no ha progresado excesivamente.

El defecto enzimático en la siguiente fase metabólica, las transformación de la galactosa 1-fosfato en UDP-galactosa, tiene analogía con la intolerancia hereditaria a la fructosa y consecuencias de déficit de mucho mayor gravedad. Como sea que todavía es posible la fosforilación de la galactosa, aumenta la galactosa-1-fosfato. En conse

cuencia se originan graves lesiones hepáticas. A los pocos días de iniciada la administración de lactosa con la leche aparecen los primeros síntomas: vómitos y convulsiones generalizadas, falta de aumento de peso y rápido desarrollo de una ictericia grave son síntomas típicos del curso fulminante. Si se mantiene la administración de lactosa, la muerte sobreviene al cabo de una a tres semanas. En un déficit de la uridil transferasa se excretan por orina junto con grandes cantidades de galactosa y galactitol también aminoácidos y albúmina. La lesión renal inespecífica es seguramente consecuencia del incremento de la galactosa 1-fosfato.

Es de esperar que, dada la existencia en las células epiteliales renales de sistemas de transportes activos para la galactosa, se produzca allí con particular rapidez un fuerte aumento de galactosa. El cuadro completo con

hepatoesplenomegalia (en los casos avanzados con cirrosis hepática) y disfunción renal se parece al cuadro patológico observado en la tirosinemia. Pero se comprueban además lesiones cerebrales. Tras la administración de galactosa puede aparecer hipoglucemia.

Sin embargo, la glucemia no desciende tan fuertemente como en los intolerantes para la fructosa.

La única terapéutica posible muy fácil consiste en ambas enfermedades en una alimentación sin galactosa, es decir exenta de la lactosa. Este tratamiento es posible sin gastos especiales y se puede mantener durante largo tiempo. Dado que no son necesarios importantes cambios en la alimentación, se puede considerar al tratamiento de tales enfermedades metabólicas como benigno. Sin embargo en el déficit de uridil transferasa es necesario un diagnóstico particularmente rápido para impedir las lesiones hepáticas de aparición precoz.

Si el niño ingiere una dieta libre de galactosa (leche Al-110 de nestlé) se previenen los síntomas y la galactosa necesaria para la síntesis de membranas, cerebrósidos, glico-proteínas y otros se forma a partir de glucosa por medio de la 4 epimerasa

UDP-Glu £ UDP-gal

Además, en la adolescencia se desarrolla cierta capacidad para metabolizar la D-ga-lactosa por medio de una enzima inducible que es la UDP-Gal pirofosforilasa.

UTP + galactosa 1-P £ UDP-gal + PPi

MODELO CLÍNICO: GALACTOSEMIA

Paciente femenino de un mes de edad; refiere la madre que observó inicialmente una coloración amarillenta en la piel, falta de apetito y pérdida de peso posterior a la ingesta de alimentación láctea.

A la exploración física se encontraron las conjuntivas ictéricas, orofaringe mal hidratada, hepatomegalia y distensión abdominal.

El médico tratante diagnosticó galactose-mia solicitando pruebas de laboratorio, cuyos resultados fueron los siguientes:

Galactosa-1 -P uridil transferasa en eritrocitos: Ausente.

Bilirrubinas en sangre; elevadas. Estudios complementarios: Valoración neurológica y oftalmológica:

Detección de portadores heterocigotos que presentan el 50% de la actividad normal de la galactosa-1-fosfato uridil transferasa en eritrocitos.

Conducta terapéutica: se utilizó una fórmula no láctea (SOBEE) que consiste en soya preparada en polvo, una cucharada por c/30mldeagua.

6.7.1.2 Fructosuria esencial

La frustosuria esencial se había descrito anteriormente con relativa frecuencia. Mar-ble, entre 29,000 enfermos con melituria descubrió 4 casos de fructosuria. Cuando anteriormente se recurría a las pruebas de reducción inespecíficas habituales con fines analíticos en la orina no era raro que se estableciese el diagnóstico erróneo de diabetes mellitus.

Sin embargo, en la actualidad para la demostración cualitativa de la glucosuria se emplean métodos específicos de determinación de la glucosa. Con ello, no se pueden captar ya las meliturias que no sean causadas por la glucosa y pasan, por tanto, inadvertidas con frecuencia.

En ausencia de la fructocinasa no es posible la utilización de la fructosa por el hígado. La fructosa administrada por vía oral es excretada en gran parte por la orina (entre el 10 y el 40%). El déficit enzima tico no produce síntomas. No parece tener importancia fisiopatológica la transformación de la fruc-

tosa en sorbitol. La excreción de fructosa solamente cuando se administra fructosa en forma de sacarosa. Al administrar fructosa aumenta su concentración en la sangre hasta cifras mucho más altas que en las personas con metabolismo normal. Como sea que la fructosuria no causa lesiones, no se requiere tratamiento.

6.7.13 Intolerancia hereditaria a la fructosa

La degradación de la fructosa tiene lugar principalmente en el hígado, con su fosforilación a través de la fructocinasa en fructosa 1-fosfato. Esta fructosa 1-fosfato no puede transformarse directamente en fructosa 1,6-difosfato. Tiene que desdoblarse prevamente mediante la fosfofructcaldolasa en dihidro-xiacetonafosfato y gliceraldehído. A partir de ahí, tiene lugar la posterior transformación en fructosa 1,6 difosfato (fig. 6.42). En el corto tiempo que la fructosa circula en sangre antes de ser utilizada por el hígado, otros tejidos extrahepáticos como el adiposo y muscular la utilizan.

En la deficiencia de los enzimas 2 y 3, la fructosa después de una carga de 3 g por m2 de superficie, muestra un pico en 15 min, y tarde en desaparecer 2 l/2 hs. La hipoglucemia es marcada por inhibición de la fosforilasa hepática a cargo de fructosa 1-P y fructosa 1,6 di-P (fig. 6.42).

En el tipo 1 no hay hipoglucemia porque no se forman fructosas fosfatadas.

En la intolerancia hereditaria a la fructosa se trata de un cuadro patológico primeramente descrito por Froesch y Cois, cuya causa reside en un déficit congénito de la enzima 1-fosfofructoaldolasa. Contrariamente a la llamada fructosuria benigna, no está alterada la fosforilación de la fructosa. La fructosa 1-fosfato que se acumula disminuye la gluconeogénesis en el hígado, a través de una inhibición de la fructosa 1,6 difosfa-toaldolasa. Además está probablemente inhibido el desdoblamiento de glucógeno. En conjunto está alterada la homeostasis de la glucosa en todo el organismo. Por lo tanto, una consecuencia de la administración de fructosa a tales enfermos es la hipo-glucemia que puede ocasionar incluso la inconsciencia; simultáneamente, tras la

administración de la fructosa hay un rápido descenso del fosfato inorgánico más acentuado que en los sujetos sanos.

Esta enfermedad se hereda al parecer como un rasgo recesivo autosómico y es una afección bastante rara. En niños pequeños, tras la administración de fructosa se observan hipoglucemias con cifras de glucemia inferiores a 10 mg por 100 mi. En cambio, en los adultos con intolerancia las hipoglucemias son menos importantes. Sin embargo, con cifras de glucemia entre 40 y 50 mg/100 mi aparecen síntomas de choque evidentes, que se eliminan administrando glucosa. Como sea que con iguales cifras de glucemia, en personas con metabolismo normal que sirven de comparación, no se observan síntomas de choque, es probable que en el choque consecutivo a la administración de fructosa participen además otros factores. Corren particular peligro los niños pequeños, toda vez que en ellos los síntomas de choque hipoglicé-micos se manifiestan muchas veces de una manera poco clara. Las lesiones cerebrales, son consecuencia de las frecuentes hi-poglicemias producidas en la infancia por la administración de fructosa. El pronóstico es bueno cuando el diagnóstico se establece precozmente y los enfermos se alimentan sin fructosa, miel, sacarosa ni sorbitol, de lo contrario, las consecuencias son una distrofia y lesiones cerebrales y hepáticas. A menudo no se tiene en cuenta la estricta contraindicación para la administración de sorbitol.

Tanto en los enfermos con intolerancia para la fructosa como en los que presentan fructosuria se transforma todavía una parte de la fructosa en el organismo. Es posible que la fructosa sea fosforilada mediante la hexocinasa en fructosa 6-fosfato. Con todo, la afinidad de la hexocinasa para la fructosa es muy baja. Al tener la glucosa una afinidad mucho mayor, altera la utilización de la fructosa.

6.7.2 Síntesis y degradación de glucógeno

Como ya se ha mencionado anteriormente, el hígado es un reservorio de carbohidratos al convertir la glucosa (y otros monosacári-dos previamente interconvertidos en glucosa) de la dieta en glucógeno. Este proceso biosintético se conoce como glucogenosín-tesis (o glucogénesis). Una vez formado, el glucógeno es una fuente disponible de glucosa mediante un proceso de movilización llamado glucogenólisis. Ambos procesos no son simplemente la inversa de una misma vía sino dos procesos independientes.

La síntesis de glucógeno ocurre en todos los tejidos del cuerpo, pero es más activa en hígado y músculo. Los dos primeros pasos de la biosíntesis de glucógeno corresponden a la formación de glucosa-1-fosfato (fig. 6.43).

A continuación se forma el uridindifosfato de glucosa (UDPG) que representa un donador de glucosilos en otros procesos biosinté-ticos además del glucógeno (fig. 6.44).

El grupo glucosilo del UDPG se transfiere al residuo de glucosa terminal del extremo no reductor de una cadena lineal {cebador) para formar un enlace a 1-4 glucosídico. El cebador puede ser una poliglucosa o un oli-goglucosacárido de por lo menos cuatro residuos (fig. 6.45).

La glucógeno sintetasa no puede formar los enlaces a 1-6 de los puntos de ramificación del glucógeno. Para ello se requiere otra enzima, la amilo-1, 4 -* 1,6-transferasa (enzima ramificante). Esta enzima cataliza la transferencia de 5 a 9 residuos de glucosa a un punto alejado 4 a 6 residuos de otra ramificación, lo que produce un patrón arboriforme en el glucógeno (fig. 6.46)

La importancia biológica de la ramificación es hacer la molécula de glucógeno afectada en su solubilidad, que no contribuye con las propiedades osmóticas del cito-sol, así como incrementar el número de sitios (no reductores) sobre los que pueden

actuar las enzimas biosintéticas (sintetasa) y degradante (fosforilasa). La existencia de ramificaciones explica así que el glucógeno sea catabolizado o sintetizado rápidamente.

La principal reacción de movilización del glucógeno consiste en la ruptura de uniones al-4 catalizada por la glucógeno fosforilasa con participación de fosfato inorgánico, de ahí el nombre áefosforólisis para esta reacción. Esta enzima acorta las cadenas de glucógeno eliminando restos glucosilo del extremo no reductor en forma de glucosa-1-fosfato (fig. 6.47)

La reacción catalizada por la fosforilasa es reversible in vitro; sin embargo, in vivo,

la relación fosfato inorgánico/glucosa-1-fosfato es de 100/1, lo que desplaza la reacción hacia la formación de glucosa-1-fosfato y la hace prácticamente irreversible. La acción de la fosforilasa se produce en todas las cadenas externas (ramas) hasta quedar cuatro unidades de glucosa en cada ramificación. Al glucógeno degradado hasta este límite de cuatro residuos por rama se le llama dextrina límite.

Como la fosforólisis no puede continuar hasta que no se elimine la ramificación, se requiere la participación de otra enzima, la enzima desramificante que actúa en dos etapas: primero actúa como una a-1,4-glucan-

Fig. 6.47. Acción de la fosforilasa.

transferasa y transfiere tres de los residuos remanentes al extremo de otra rama; en la segunda etapa actúa una amilo 1,6-ct-gluco-sidasa que hidroliza el residuo que permane

cía unido por enlace a 1-6 para dar glucosa libre (fig. 6.48).

La acción conjunta de la fosforilasa y la enzima desramificante permite que los resi-

dúos de glucosa unidos por enlaces a 1-4 aparezcan como glucosa-1-fosfato (93%) y los que estaban unidos por enlaces a 1-6 (7%) sean liberados como glucosa libre. En el hígado, la degradación de glucógeno prosigue hasta la formación de glucosa libre que es liberada a la circulación sanguínea (fig. 6.49).

En otros órganos, en particular en el músculo, la glucosa-6-fosfato es utilizada en es

te tejido por la vía de la glucólisis. El músculo carece de glucosa-6-fosfatasa y no libera glucosa libre a partir de glucógeno.

Los lisosomas contienen una a-glucosidasa activa en medio ácido capaz de hidrolizar polisacáridos con uniones a-glucosídicas. Es activa sobre el glucógeno, sobre todo aquel que lleva mucho tiempo en la célula sin movilizarse, y también sobre la maltosa

(por lo que también se le conoce como mal-tasa acida). La carencia de esta enzima provoca la glucogenosis tipo II (ver adelante)

6.7.3 Regulación del metabolismo del glucógeno

La biosíntesis y degradación del glucógeno se realiza por dos vías metabólicas diferentes; esto permite sistemas muy finos de ajuste del flujo metabólico, sobre todo en hígado y músculo, tejidos donde más abunda este polisacárido. Si las reacciones de síntesis y degradación funcionaran simultáneamente, el resultado sería un ciclo fútil que continuamente estaría hidrolizando ATP. Por tal motivo, las dos vías deben ser reguladas de manera que no actúen al mismo tiempo. Las enzimas clave son la glucógeno sintetasa para la vía sintética y lafosforilasa (muscular o hepática) para la degradación (fig. 6.50). La regulación se basa en controlar ambas enzimas de manera que cuando la sintetasa se encuentre activa la fosforilasa esté inactiva, y viceversa.

Existen dos importantes mecanismos de control, ambos interdependientes uno del otro: uno se lleva a cabo por efectores alos-

téricos y el otro por sistemas de fosforilación y desfosforilación (con participación hormonal). La fosforilación de lleva a cabo por cinasas, con transferencia de fosfato del ATP. Estos grupos fosforilo son eliminados por fosfatasas. La fosforilación activa a la fosforilasa e inactiva a la glucógeno sintetasa, mientras que la eliminación del fosfato activa a la glucógeno sintetasa e inactiva a la fosforilasa. Como ambas reacciones ocurren simultáneamente, la fosforilación provoca la degradación del glucógeno, mientras que la desfosforilación conduce a su síntesis.

La fosforilasa está compuesta por dos sub-unidades idénticas. Cada subunidad posee 4 dominios además del centro activo, un sitio para unirse al glucógeno, otro para la glucosa, un sitio activador al cual se une el AMP y un centro inhibidor. En el sitio activo se encuentra una molécula de fosfato de piridoxal (PPal) que juega un papel único, formando un intermediario pirofosfato que no se realiza con ninguna otra enzima. La enzima está sujeta a inhibición alostérica por glucosa y ATP y activación alostérica por AMP, aunque este control alostérico se considera "primitivo".

La fosforilasa existe en dos formas: una activa o forma a y una forma b o inactiva. La

forma b se vuelve activa por fosforilación de cada monómero en un residuo de serina en posición 14. Ambas formas se interconvier-ten por acción de la fosforilasa cinasa y de l&fosfoproteína fosfatasa. La fosforilasa cinasa convierte la forma inactiva (b) en la forma activa (a) por fosforilación; es una enzima formada por 4 subunidades distintas (a p y 6)4, donde la subunidad 5 es la calmodulina (proteína moduladora de Ca++). A su vez, la fosforilasa cinasa existe en dos formas: activa (a) e inactiva (b). La fosforilación de esta enzima, que la transforma en forma activa (fosforilasa), se realiza por una proteincinasa dependiente del AMPc (ade-nosinmonofosfato cíclico), bajo el control de la adrenalina (o el glucagon). Tanto el AMPc como al Ca++ se les considera "segundos mensajeros" de la acción hormonal.

El sistema de activación completo se inicia con la unión de la hormona a su receptor membranal, el cual está acoplado con la odenilciclasa. La adenilciclasa transforma al ATP en AMPc, el cual se une a la subunidad reguladora (R) de la proteincinasa y libera la subunidad catalítica (C) (fig. 6.51).

A continuación se desencadena la fosforilación de la fosforilasa cinasa, la cual a su vez fosforila a la fosforilasa b, que se activa a la forma a y finalmente, el glucógeno se degrada a glucosa -1-fosfato. Este mecanismo en cascada representa un buen ejemplo de amplificación de la fosforólisis del glucógeno estimulado por la adrenalina, (fig. 6.52).

Este sistema de cascada es tan rápido, debido al mecanismo de amplificación, que todo el glucógeno almacenado en las fibras musculares blancas puede ser completamente movilizado en unos cuantos segundos.

La inactivación de este sistema se realiza por diferentes enzimas: una fosfodiesterasa que hidroliza el AMPc en AMP; Xa fosforilasa cinasa fosfatasa y la fosfoñlasa fosfatasa. La hidrólisis del AMPc por la fosfodiesterasa asegura que sus potentes efectos se ejerzan solo durante el periodo en que son necesarios. La fosforilasa fosfatasa es activada por la insulina que se opone así al catabolismo del glucógeno muscular.

En cuanto a la enzima biosintética, la glucógeno sintetasa, se efectúa un mecanismo de control a nivel del hígado y del músculo. La glucógeno sintetasa está formada por dos o más subunidades sin grupo prostético. Existe en dos formas; una se designa D o dependiente de glucosa-6-fosfato, la otra se designa forma I porque es activa en ausencia de la glucosa-6-fosfato (estos son los nombres antiguos para las formas de la enzima). La forma D corresponde a la forma b o forma inactiva mientras que la forma I corresponde a la forma a, activa.

Las cinasas capaces de fosforilar a la glucógeno sintetasa son las siguientes: la glucógeno sintetasa cinasa dependiente de AMPc, fue la primera descubierta; otras cinasas son dependientes de calcio y calmodulina y la proteincinasa C, dependiente de calcio y fosfo-

Fig. 6.52. Glucogenólisis en cascada. Si cada uno de los pasos representa un factor de amplificación de 100, el conjunto provocaría una amplificación de 100 millones.

lípidos (esta última no debe ser confundida La fosforilación por cinasas que contie-con la subunidad catalítica (C) de la protein- nen calmodulina hace que la inactivación de cinasa dependiente de AMPc) (fig. 6.53). la glucógeno sintetasa sea sensible a los

Fig. 6.53. Cascada de inactivación de la glucógeno sintetasa muscular por adrenalina.

cambios en los niveles de calcio que se producen durante la contracción muscular.

La activación de la glucógeno sintetasa está asegurada por dos fosfatasas: la fosfo-diesterasa que inactiva al AMPc y una pro-teinfosfatasa que desfosforila a la enzima.

Esta útlima es activada por el cortisol y la insulina, que favorecen así la síntesis de glucógeno. Es importante señalar que la activación del sistema degradativo y viceversa. Además, la fosfatasa de ambas enzimas, fos-

forilasa y sintetasa, es la misma, la cual inactiva a la primera y activa a la segunda.

A esta regulación por fosforilación/desfosforilación se agrega un mecanismo de control alostérico. La glucosa-6-fosfato es un poderoso activador de la enzima, mientras que ATP, ADP y UDP son inhibidores. En cambio, la forma a es activa cualquiera que sea la concentración de glucosa-6-fosfato. La forma desfosforilada (inactiva) es más activada por glucosa-6-fosfato y me-

nos inhibida por ATP que la forma fosforí-lada.

Es importante también mencionar que el glucógeno a altas concentraciones es capaz de inhibir en el músculo, la desfosforilación de la enzima lo que permite explicar por qué no se almacenan grandes cantidades de glucógeno en músculo a pesar de ingerir dietas ricas en carbohidratos. Por otro lado, el glucógeno es un material altamente hidrófilo que al almacenarse inmoviliza una cantidad importante de agua. Esta es otra de las razones por las que las reservas de glucógeno son limitadas y, a partir de un cierto punto, el exceso de glucosa ingerida se almacena en forma de triglicéridos muy hidrófobos que no requieren agua de hidratación.

6.7.4 Glucogenosis

Con este nombre se designa a un grupo de enfermedades congénitas que afectan a la síntesis o degradación del glucógeno y que se caracterizan por depósitos del polisacári-do con estructura normal, cuando se afectan las enzimas relacionadas con su degradación, o anormal, cuando existen defectos en las enzimas ramificante o desramificante.

Según la enzima faltante (fig. 6.54 y tabla 6.4), las glucogenosis se clasifican en diferentes tipos (clasificación de Cori).

Tipo I. Enfermedad de Von Gierke (glucogenosis hepatorrenal) Este defecto es el primer error congénito

descrito en el hombre. Como la glucosa-6-fosfatasa solamente se ha demostrado en el hígado, riñon, intestino y células insulares del páncreas, sólo estos órganos resultan afectados. El síntoma predominante es la hi-poglucemia. En niños afectados se encontraron cifras de 0-15 mg/100 mi en la glucosa sanguínea. Si el niño sobrevive a los 6 años, mejora la hipoglucemia (20-30 mg por 100 mi). Este acostumbramiento se debe al uso

de cuerpos cetónicos por parte del sistema nervioso central. La hipoglucemia crónica provoca movilización de grasas (hiperlipe-mia), esteatosis hepática que contribuye a la hepatomegalia por acumulación de glucógeno y cetosis.

Se ha observado que la hiperlipemía tiene semejanza con la hiperlipemia diabética la cual representa, sin embargo, un mecanismo compensador ya que los órganos periféricos reciben poca glucosa y tienen que recurrir a los ácidos grasos libres (AGL) como fuente de energía.

Es frecuente la lactacidosis ya que este ácido no puede ser usado por el hígado para gluconeogénesis. Esta acidosis, reforzada por cetoacidosis, da lugar a hiperuricemia por restricción de la excreción renal de ácido úrico. Con frecuencia la gota es la segunda enfermedad en la de Gierke. El daño cerebral o muscular por la hipoglucemia es raro y generalmente reversible.

La prueba de tolerancia a glucagon o adrenalina es característica del Von Gierke. Los enfermos generalmente son obesos y de baja estatura.

El tratamiento es sintomático a base de comidas pequeñas y frecuentes, pobres en grasa. La hiperlipemia no requiere tratamiento farmacológico pero si la hiperuricemia.

Tipo II. Enfermedad de Pompe. (glucogenosis generalizada) Se caracteriza por falta de la al,4-gluco-

sidasa lisomal (maltasa acida), que además de degradar glucógeno a glucosa libre, degrada a la maltosa, de ahí su nombre. Este sistema enzimático está ligado a la fosforilasa, de manera que cuando la fosforilasa no degrada al glucógeno, éste se convierte en material indigerible que es tomado por los lisosomas y desdoblado en su interior hidro-líticamente.

El órgano más afectado es el corazón con cardiomegalia seguida por discreta hepatomegalia. También se acumula glucógeno en

Fig. 6.54. Sitios de acción de las enzimas afectadas en los diferentes tipos de glucogenosis. Los valores numéricos corresponden a la enzima defectuosa según la tabla 6.4.

Reproducido con autorización, de Mehnert, H. y Fórster, H. Enfermedades del Metabolismo, pág. 346, 1977, Stuttgart, Georg Thieme Verlag.

músculo, riñon, corteza suprarrenal, páncreas e incluso médula ósea, ganglios linfáticos y timo.

Los síntomas incluyen vómitos, anorexia y adinamia que puede conducir erróneamente a diagnóstico de miotonla congénita. El pronóstico es grave ya que no existe posibilidad terapéutica y la muerte ocurre por insuficiencia cardíaca. Los pacientes rara vez sobreviven 2 años.

Tipo III. Enfermedad de Cori (dextrinosis límite) Debido a la falta de enzima desramifican

te (amilo al,6-glucosidasa) se acumula un glucógeno muy ramificado llamado dextrina límite. La hipoglucemia es poco marcada. Rara vez existe acidosis, hiperlipemia o hi-peruricemia. Hay baja respuesta a adrenalina o glucagon pero sí hay respuesta con fructosa o galactosa. No se presenta el au-

mentó de láctico en la prueba de la adrenalina. En la prueba de glucagon, después de ayuno corto se observa hiperglucemia, no así después de un ayuno largo.

El pronóstico es favorable y, en general, no se requiere tratamiento.

Tipo IV. Enfermedad de Andersen (amilopectinosis) Con la ausencia de enzima ramificante

(amilo a 1,4- al,6-transglicosidasa) no se forman nuevos sitios de ramificación y el glucógeno adquiere la forma de la amilopec-tina del almidón. La glucemia en ayunas es normal pero la respuesta a adrenalina o glucagon es baja. Destaca la hepatosplenome-galia con aparición precoz de cirrosis hepática. El pronóstico es desfavorable en extremo y no existe tratamiento.

Tipo V. Síndrome de McArdle (fosforilasa muscular) La enzima faltante es la miofosforilasa y

el glucógeno muscular está aumentado 10 veces lo normal. Como la fosforilasa hepática es normal, la respuesta a adrenalina o glucagon es también normal. La baja tolerancia al ejercicio puede conducir al diagnóstico erróneo de miastenia. También se afecta el miocardio y aparece taquicardia con los esfuerzos ligeros.

El paciente aprende, sin embargo, a regular su ejercicio.

Simplemente como hallazgo no patogno-mónico se ha reportado mioglobinuria-.

El pronóstico es favorable, no se requiere tratamiento dietético y quizá sea conveniente que los enfermos tomen glucosa cuando realicen trabajos físicos.

Tipo VI. Enfermedad de Hers (fosforilasa hepática) La enfermedad no es tan grave como el

Von Gierke. No hay gluconeogénesis. Hay hepatomegalia y cetosis benignas. Falta además la fosforilasa de leucocitos pero no está

alterada en éstos la concentración de glucógeno. El pronóstico es favorable y no se requiere tratamiento.

Tipo VIL Enfermedad de Tarui. Falta de fosfofructocinasa muscular)

Es similar a la falta de fosforilasa muscular ya que en músculo no hay glucosa-6-fosfa-tasa y el corto circuito de la glucosa-6-fosfa-to vía pentosas llega al mismo punto.

Tipo VIII. Falta de fosforilasa cinasa hepática. Como la fosforilasa hepática no fosforilada es inactiva, un déficit de la fosforilasa cinasa conduce a inhibición en el desdoblamiento de glucógeno hepático. Se presenta hipoglucemia, hepatomegalia y aumento de glucógeno hepático como la tipo VI.

Actualmente se dispone de dietas sintéticas para el tratamiento de las glucogenosis a base de polisacáridos de 4-20 unidades, todos los aminoácidos y grasas (Bivonex). La alimentación diurna se lleva a cabo cada 3 horas con Maltadex y, en la noche, con sonda nasogástrica y bomba peristáltica se administra Bivonex. El tratamiento es por toda la vida; ya en la adolescencia hay estabilización metabólica. Se deberá evitar la ingestión de todos los disacáridos. Posteriormente se podrán ingerir frutas, caramelos, lactosa, etc., ya que se toleran bien.

Deberán vigilarse las infecciones ya que conducen a acidosis láctica. En enfermos con glucogenosis tipos III y IV el tratamiento cortisónico normaliza la glucosa-6-fosfatasa que también está disminuida; este efecto de la cortisona se atribuye a inducción enzimática.

Finalmente, se debe mencionar que existen informes de algunas deficiencias de ade-nilciclasa y de proteincinasa dependiente de AMP cíclico.

MODELO CLÍNICO: Glucogenosis tipo I (Enfermedad de Von Gierke) Paciente masculino de un año de edad,

con notable retraso en el desarrollo y creci-

i CHO HO-CH

CH-OH CH2-OH

1 1

1 CHO 2 CH-OH 3 CH2-OH

D-gliceraldehído (+

i

D - treosa (-4°)

_L CHO

HÓ-CH HO-CH

CH-OH CH2-OH

D-lix osa (-14°)

CHO CH-OH

HO-CH HO-CH

QH-OH CH2-OH

D - galactosa (+80.5°)

l CHO

13.8°)

1 2 3 4 D

I CHO

QH-OH HO-CH HO-CH

CH-OH CH2-OH

CH-OH CH-OH CH2-Or-

i CHO CH-OH (JH-OH CH2-OH - eritrosa (-24.6°)

1 2 3 4 5

D - xilosa (+19o) D - arabinosa (-105°) D -

1 CHO

HO-CH HO-QH

CH-OH CH-OH CH2-OH

D - mañosa (+14.6°)

l 1 CHO 2 CH-OH

HCKpH 3 4 CH-OH 5 CH-OH 6 CH2-OH

I CHO CH-OH CH-OH QH-OH CH2-OH

ribosa (-21.5°)

D - glucosa (+52.3°)

Fig. 6.4. Aldosas de la serie D. La D-treosa no tiene importancia fisiológica y sólo se indican las aldohexosas de importancia bioquímica. Se indican con números los ce dico corresponde C i.

«respondientes a cada carbono; al carbono aldehí-

miento, a pesar de que la madre refiere que el niño no ha dejado de comer. A la exploración física se encuentra consciente al paciente, con la piel amarillenta y xantomas en los codos; abdomen globoso a expensas de hepatomegalia y panículo adiposo.

Exámenes de laboratorio: Biopsia hepática, renal y de mucosa intes

tinal para determinar glucosa-6-fosfatasa: ausente

Valores séricos del paciente Valores normales Glucosa 55mg/dl 65-100mg/dl Triglicéridos 230 mg/dl 65-100 mg/dl Colesterol 356 mg/dl 150-280 mg/dl

6.8 GLUCÓLISIS

Hasta aquí se han descrito las fuentes de carbohidratos en los alimentos (unidad I), su ingestión, digestión, transporte y distribución en los diferentes órganos y tejidos del cuerpo. Este subcapítulo tratará de los mecanismos de utilización metabólica de los carbohidratos, representados por la glucosa.

La glucólisis puede definirse como el conjunto de reacciones enzimáticas que convierten a la glucosa en piruvato; esta vía metabólica la llevan a cabo todas las células del cuerpo humano. Por encontrarse en microorganismos más simples, se considera que es la ruta metabólica más antigua que utilizaron los seres vivos cuando aún en la atmósfera terrestre había poco exígeno molecular. Aún cuando se ha hecho costumbre separar el metabolismo glucolítico en una fase anaerobia y otra aerobia, la realidad es que las reacciones de la glucólisis son las mismas tanto en presencia como en ausencia de oxígeno. En ambas condiciones se produce ATP a expensas de la energía química potencial contenida en la glucosa; sin embargo, el rendimiento en condiciones anaeróbicas es sustancialmente menor que en aerobiosis. consecuentemente, se consume mayor canti

dad de glucosa en la fase anaeróbica para proporcionar la misma cantidad de energía que la obtenida en condiciones aerobias. No obstante, la característica de proporcionar ATP en ausencia de oxígeno es de gran importancia biomédica, ya que permite que tejidos con capacidad de realizar glucólisis en anaerobiosis (como el músculo esquelético por ejemplo) pueden sobrevivir a episodios de anoxia, al contrario de lo que ocurre con el músculo cardíaco, adaptado al trabajo ae-róbico, que muestra escasa supervivencia en condiciones de isquemia (infarto de miocardio).

El piruvato producido al final de la glucólisis puede continuar su degradación en la mitocondria, produciendo mayor cantidad de energía; desde este punto de vista, la glucólisis anaerobia se puede considerar como una fase preparativa, para la completa oxidación del piruvato en CO2 y H2Ó en el ciclo de Krebs (unidad V).

Muchos investigadores han contribuido a dilucidar el proceso glucolítico. Fueron los investigadores sobre la fermentación del azúcar en levaduras que produce etanol y CO2 como productos finales (fermentación alcohólica) las que abrieron las puertas a la bioquímica moderna a finales del siglo XIX y principios del XX. Los hermanos Bu-chner, en 1897, demostraron que la fermentación alcohólica se podía producir en extractos de levadura, en ausencia de células vivas. Harden y Young establecieron que era necesaria la presencia de fosfato para que la fermentación alcohólica tuviera lugar; y también que se formaba una difosfo-hexosa, la fructosa-1, 6-difosfato, como intermediario. En 1920, Meyerhof demostró que el glucógeno de un extracto muscular se degradaba a ácido láctico y que este proceso utiliza las mismas etapas que las de la fermentación alcohólica; posteriormente, empleando extracto muscular, él y Embden estudiaron las reacciones individuales del orden de sucesión. Actualmente, a la degra-

dación glucolítica también se le conoce como vía de Embden-Meyerhof aunque hay que mencionar la aportación de otros importantes bioquímicos como Pamas, Warburg, el matrimonio Cori, Robison y Neuberg.

De una manera algo sorprendente, el cuerpo humano también produce una cantidad significativa de etanol. La mayor parte de la producción, si no toda, puede justificarse por los microorganismos presentes en el tracto intestinal. Existe la teoría de que algunos tienen una mejor flora intestinal para la producción de etanol que otros.

El metabolismo de la glucosa es defectuoso en dos enfermedades muy importantes en la clínica, la obesidad y la diabetes, entidades clínicas que predisponen a una serie de problemas médicos importantes como la aterosclerosis, hipertensión, afecciones de los vasos capilares, del riñon y ceguera.

6.8.1 Reacciones glucolíticas

Todas las enzimas de la vía glucolítica se encuentran libres en el citosol (fracción soluble del citoplasma). Se puede describir la glucólisis considerando que ocurre en tres fases principales:

Fase de preparación: Glucosa + 2 ATP -*• Fructosa-1,6-di-

fosfato + 2ADP Fase de partición o lisis: Fructosa-1,6-difosfato -» 2 gliceral-

dehído 3-fosfato Fase de oxidorreducción-fosforilación: 2 gliceraldehído-3-fosfato + 3 ADP ->

2 lactato + 4ATP La reacción suma del proceso glucolítico

global indica la generación de dos moléculas de lactato y dos moléculas de ATP a expensas de una molécula de glucosa.

El primer paso en el metabolismo de la glucosa es su fosforilación, en forma de a-D-glucopiranosa, a glucosa-6-fosfato, después de su penetración en las células favorecida por la insulina (fig. 6.55). Esta reacción consume un mol de ATP y es catalizada por un grupo de enzimas llamadas hexocinasas (tipos I a IV). El cerebro y los ríñones poseen el tipo I, el músculo esquelético el II, el tejido adiposo los tipos I y II y el hígado los cuatro; pero en el hígado, la principal hexocinasa es la tipo IV comúnmente conocida como glucocinasa. Una característica importante de las hexocinasas I a III es su extrema sensibilidad a inhibición por producto, glucosa-6-fosfato. A diferencia de

Fig. 6.55. Formación de glucosa-6-fosfato.

ello, la actividad glucocinasa no es inhibida por glucosa-6-fosfato, pero es inducida en su síntesis por insulina.

Las hexocinasas poseen gran afinidad para la glucosa pero escasa especificidad para este monosacárido. En cambio, la glucocinasa (específicamente hepática) es muy específica para la glucosa pero con baja afinidad por la misma. Esta particularidad hay que relacionarla con el papel del hígado en la regulación de la glucemia. Cuando está elevada (después de una comida), la glucocinasa no se satura por su sustrato, y la glucosa es almacenada en forma de glucógeno hepático.

Por otro lado, la fosforilación de la glucosa es irreversible; por lo tanto, cuando se requiere que el hígado libere glucosa, la reacción no se revierte y se requiere la intervención de otra enzima, la glucosa-6-fosfa-tasa, presente únicamente en hígado (y en menor grado el riñon). Por eso solamente el hígado es capaz de liberar glucosa a expensas de glucógeno, a diferencia de otros órganos que almacenan glucógeno para su propio consumo. La fosforilación en tejidos como el cerebro no fluctúa con los niveles de glucosa sanguínea; de este modo el cerebro tiene asegurado un aporte constante de glucosa-6-fosfato.

La glucosa-6-fosfato es convertida en fructosa-6-fosfato por acción de la fosfohe-

xosaisomerasa, reacción reversible; la enzima no está sujeta a regulación (fig. 6.56)

La siguiente reacción es la fosforilación de la fructosa-6-fosfato a fructosa-1, 6-di-fosfato catalizada por \afosfofructocinasa-l (fig. 6.57) con gasto de ATP. La enzima es alostérica y su actividad se modula por varios efectores. La reacción es irreversible y corresponde a la etapa más lenta de la glucó-lisis; constituye, además, una etapa clave en el control de la glucólisis.

Hay muchos datos que señalan a la fosfo-fructocinasa-1 (6-fosfofructocinasa-l) como la enzima limitante de la velocidad y principal punto de regulación de la glucólisis en la mayoría de los tejidos. Los efecto-res alostéricos negativos más importantes son el ATP, el citrato y los hidrogeniones (pH bajo), mientras que el AMP, la fructosa-2, 6-difosfato y el fosfato inorgánico (Pi) son los principales efectores alostéricos positivos. Como la fosfofructocinasa-1 está fuertemente inhibida por la concentración de ATP normalmente presente en las células, es necesario invocar un mecanismo que explique el flujo de fructosa-6-fosfato por la vía glucolítica en condiciones fisiológicas. Fue así que se descubrió la molécula reguladora más importante de la fosfofructocinasa-1 en el hígado, \afructosa-2, 6-difosfato, descubierta hasta 1980 por su extrema labi-

Fig. 6.56. Formación de fructosa-6-fosfato.

Fig. 6.57. Fosforilación de la fructosa-6-fosfato.

lidad en medio ácido. Además la presencia de fructosa-2, 6-difosfato no se detectó en los tejidos porque se hidroliza fácilmente en fructosa-6-fosfato y fosfato inorgánico. La fructosa-2, 6-difosfato no es un intermediario de la glucólisis; se forma a partir de la fructosa-6-fosfato utilizando la enzima fos-fofructocinasa-2 (6-fosfofructocinasa-2). Antes del descubrimiento de la fructosa-2, 6-difosfato, la 6-fosfofructocinasa-l era simplemente la fosfofructocinasa. Ahora es necesario distinguir estas dos enzimas.

Actualmente se conoce con detalle el papel de la fructosa-2,6-difosfato en el control hormonal de la glucólisis hepática. Nuevamente aparece el AMPc como -segundo mensajero, actuando sobre la enzima que sintetiza a la fructosa-2, 6-difosfato y sobre la que la destruye (fig. 6.58). Sobre esta regulación volveremos al hablar de la gluco-neogénesis.

La fructosa-1, 6-difosfato aldolasa cataliza el siguiente paso de la vía glucolítica, partiendo la fructosa-1, 6-difosfato en dos triosas, una molécula de dihidroxiacetona-fosfato (DHAP) y otra de gliceraldehído-3-fosfato (fig. 6.59). La aldolasa de tejido

muscular sólo actúa sobre la fructosa-1, 6-difosfato. La aldolasa hepática puede actuar también sobre la fructosa-1-fosfato.

La triosafosfato isomerasa cataliza la iso-meración de la dihidroxiacetonafosfato en gliceraldehído-3-fosfato (fig. 6.60). La reacción es reversible pero el equilibrio está desplazado a la formación de DHAP en un 95%. Sin embargo, la rápida utilización de gliceraldehído-3-fosfato hace que la reacción se desplace hacia su formación.

La DHAP y el gliceraldehído-3-P representan el punto de conexión de la glucólisis con el metabolismo lipídico, ya que se reducen a glicerol-3-fosfato que puede ser adiado para formar triglicéridos (unidad VII). La siguiente reacción está catalizada por la enzima gliceraldehído-3-fosfato -deshidrogenasa. En ésta se oxida el aldehido a ácido carboxílico con la reducción de NAD+ a NADH y simultáneamente se capta una molécula de H3PO4. El compuesto resultante es un anhídrido mixto (carboxílico-fosfórico) con alto contenido energético, el 1, 3-difos-foglicerato (1,3-DPG). La combinación de las reacciones catalizadas por la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa y la fosfoglicerato

Fig. 6.5$. Partición de la fructosa-1,6~difosfato.

cinasa consigue el acoplamiento de una oxidación con una fosforilación (fíg. 6.61).

La participación de grupos sulfhidrilo (-SH) en la actividad catalítica de la deshidro-genasa ha permitido el bloqueo del flujo glucolítico con yodacetato. Además, la competencia del fosfato inorgánico con arsenato permite que se forme l-arseno-3-fosfoglice-rato que se hidroliza espontáneamente a 3-fosfoglicerato; la energía del anhídrido mixto se disipa así en forma de calor. Esto constituye un ejemplo de desacoplamiento entre la oxidación y utilización de esta energía: la glucólisis continúa, pero no se sintetiza ATP. El arsenato es un desacoplante de la fosforilación a nivel de sustrato.

La fosfoglicerato mutasa cataliza la transformación del 3-fosfoglicerato en 2-fosfo-

glicerato. En esta reacción reversible se forma un intermediario obligado, el 2, 3-difosfo-glicerato. Este compuesto se sintetiza también mediante una reacción catalizada por otra enzima, la difosfoglicerato mutasa (fig. 6.62).

En la mayoría de las células, el 2, 3-DPG se forma en cantidades muy pequeñas; estas proporciones catalíticas se requieren para la reacción de la fosfoglicerato mutasa. Un caso especial son los eritrocitos, donde el 2,3-DPG se acumula en altas concentraciones y funciona como efector alostérico negativo de la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. En estados de anemia, insuficiencia cardíaca, en lugares de mucha altitud con baja presión parcial de oxígeno, etc., se produce elevación del 2, 3-DPG. Lo mismo ocurre con tiroxina, que estimula la síntesis

Fig. 6.60. Interconversión reversible de triosas fosfato. Con esta transformación se consigue la conversión de una molécula de glucosa en dos de gliceraldehído-3-fosfato.

Fig. 6.61. Acoplamiento de oxidación/fosforilación para formar ATP a nivel del sustrato.

de difosfogliceromutasa, y con andrógenos, queestimulan la eritropoyesis. Por el contrario, la concentración de 2,3-DPG disminuye en la policitemia. El 2, 3-DPG, y en menor grado el ATP, disminuyen rápidamente en la sangre almacenada en medio citrato-dextro-sa, por lo que pacientes que reciben esta sangre tienen problemas en la descarga de oxígeno por hemoglobina durante 6 horas o más. Del 15 al 20% de la glucosa que se convierte en lactato en los eritrocitos, lo hace a través de la "ruta del DPG" (fig. 6.62). La glucosa catabolizada por esta ruta no genera ATP ya que, en ésta, se obvia la reacción de la fosfoglicerato cinasa. Esto puede ser ventajoso para la economía del eritrocito, ya que permitiría que la glucólisis continuara aún cuando la necesidad de ATP fuera mínima.

La deshidratación subsecuente del 2-fosfoglicerato es catalizada poruña enolasa que convierte al fosfato de la posición 2 a un estado de mayor energía, formándose así el fosfoenolpiruvato (PEP) (fig. 6.63).

La enolasa es inhibida por el fluoruro, propiedad que se utiliza para bloquear la glucólisis en las tomas usadas en ios exámenes de glucosa en sangre.

La siguiente etapa glucolítica está catalizada por la piruvato cinasa y representa la tercera etapa, reguladora de la glucólisis. En esta reacción se forma una molécula de ATP y la transformación del compuesto de alta energía fosfoenolpiruvato a piruvato (fig. 6.64).

La fructosa-1, 6-difosfato actúa como efec-tor positivo de la enzima en el hígado, tejido adiposo, riñon y glóbulos rojos, pero no en el músculo; en tanto que el ATP, el Ca++ y la L-alanina inhiben a la enzima. Desde este modo, si las circunstancias metabólicas favorecen las glucólisis y se acumula la fructosa-1, 6-difosfato, la reacción de la piruvato cinasa se acelera, lo que constituye un ejemplo de activación adelantada ("feed-forward"). En cambio, la enzima es inhibida drásticamente por concentraciones fisiológicas de ATP. La inactivación de la piruvato cinasa por fosforilación (y por tanto de la glucólisis) es función de una proteincinasa dependiente del AMPc del hígado; esta acción se explica, en parte, por elevación de los niveles de AMPc producidos por glucagon.

Por cada triosa en esta última reacción se forma un mol de ATP; de dos triosas provenientes de una glucosa se obtienen 2 ATP

Fig. 6.64. Formación de ATP a nivel del sustrato.

que, sumados a los dos anteriores producidos en la transformación del 1, 3-DPG a 3-difosfoglicerato, arrojan un total de 4 ATP, que restados a dos ATP gastados inicial-mente por la hexocinasa y la fosfofructoci-nasa-1, dan un rendimiento neto de 2 ATP durante la glucólisis.

La glucólisis en los eritrocitos, aun en condiciones aeróbicas, termina siempre en lactato porque carecen de mitocondrias para la oxidación aerobia del piruvato.

Deficiencia de piruvato cinasa

El déficil de piruvato cinasa es raro, pero es, con mucho, el defecto genético más común de la vía glucolítica que provoca anemia hemolítica no esferocítica. La

producción de ATP en los eritrocitos maduros depende absolutamente de la vía glucolítica. El ATP es necesario para las bombas iónicas (Na+ - K+ - ATPasa) que mantienen la isotonicidad del eritrocito y por tanto la forma bicóncava que les permite deslizarse por los capilares. Sin ATP que expulse sodio, las células se hinchan y se lisan (ver equilibrio de Donnan, unidad II). La anemia debida a destrucción excesiva de eritrocitos se conoce como anemia hemolítica.

Otros casos de anemia hemolítica heredi taria se deben a deficiencia de glucosa-6-P deshidrogenasa, hexosafosfatoisomerasa fosfofructocinasa-1, triosafosfatoisomerasa, 2, 3-difosfogliceromutasa, fosfogliceromu tasa y fosfoglicerato cinasa. Con excepción de la deficiencia de piruvato cinasa, todas las demás son extremadamente raras.

El piruvato es el producto final de la glu-cólisis. A partir de este compuesto hay varias opciones para la célula. La principal de éstas es la descarboxilación oxidativa a ace-til-CoA que tiene lugar sólo en las mitocon-drias (revisar unidad V, Bioenergética). Puede también transaminarse y formar el aminoácido alanina. Mediante una reacción de carboxilación el piruvato se transforma en oxalacetato lo cual constituye una de las etapas de la gluconeogénesis (ver adelante) y una de las vías anaplerótícas del ciclo de Krebs. En las levaduras, el ácido pirúvico puede continuar anaeróbicamente hasta eta-nolyC02(fig.6.65). Otra vía alternativa del piruvato, quizá la

más importante desde el punto de vista de la glucólisis, es su transformación en lactato, catalizada por la deshidrogenasa láctica (LDH)(fig.6.66)

Esta última reacción es la que aporta el NAD+ oxidado para la reacción de 3-fosfo-glicerato a 1, 3-difosfoglicerato y con ello permite que continúe la glucólisis (fig. 6.67)

De hecho, la reducción de aldehido a alcohol juega el mismo papel en las levaduras que la conversión de piruvato a lactato en las células de mamíferos en cuanto a garantizar un aporte constante de NAD+ para el flujo glucolítico. Si bien el organismo humano no posee la enzima que transforma el piruvato en acetaldehído (piruvato descarboxilasa), si posee la deshidrogenasa alcohólica que funciona en sentido inverso a las levaduras, transformando el alcohol etílico en acetaldehído. La deshidrogenasa alcohólica está localizada casi exclusivamente en el citosol de las células del parénquima hepático. El acetaldehído generado puede atravesar la membrana mitocondrial para ser oxidado a

Fig. 6.66. Transformación del piruvato en lactato.

Fig. 6.67. Reoxidación del NADH. Figura modificada con autorización de J. M. Orten y O. W. Neuhaus, Human Biochemistry, lOth editión, pag. 234, St. Louis, C.V. Mosby Co. 1982.

acetato por la aldehido deshidrogenasa rni-tocondrial (fig. 6.68).

El NADH generado dentro de la mitocon-dria permite formar directamente 3 ATP en la cadena respiratoria; no obstante, el NADH generado en el citosol no puede atravesar la membrana mitocondrial por lo que se requiere un mecanismo de lanzadera que

permita su acceso a la NADH deshidrogenasa de la cadena de transporte mitocondrial.

Existen dos mecanismos de lanzadera que tienen la capacidad de "lanzar" equivalentes reducidos (NADH) del citosol a la mitocon-dria; estos son los lanzadera del glicerofosfato (fig. 6.69) y la lanzadera del malato-asparta-to (fig. 6.70).

en menor número; se denominan agregando el sufijo "ulosa" al nombre de la aldosa (fig. 6.5)

6.3.2 Estructura y configuración

Emil Fisher, llamado el "emperador de la química" por sus contribuciones en esta dis

ciplina, fue el primero en determinar que la glucosa tenía la estructura lineal que conocemos actualmente, que por esta razón se le comoce como proyección de Fisher.

Aunque la mayor parte de aldosas se representan como aldehidos simples en estructura lineal alifática (modelo de Fisher), esta forma química no explica claramente sus

Fig. 6.5. Cetosas de importancia fisiológica. El grupo ceto se encuentra siempre en el C2.

La proporción relativa de funcionamiento de los dos lanzaderas varía de tejido a tejido siendo el hígado el que hace mayor uso de la lanzadera del malato-aspartato, mientras que algunas células musculares son más dependientes de la lanzadera del glicerofosfato.

Así, la capacidad de los seres humanos para oxidar el alcohol etílico depende de la capacidad del hígado para transportar NADH desde el citosol a la mitocondria por esos sistemas de lanzadera. Dado que la oxidación del etanol y la conjugación de fármacos (que requiere de NAD+) son propiedades del hígado, cuando las dos tienen lugar simultáneamente pueden sugerir la capacidad combinada de las lanzaderas. De aquí que sea conveniente recomendar a los pacientes no mezclar la utilización de fármacos con el consumo de alcohol.

Sin la intervención de los sistemas de lanzadera, la conversión de una molécula de glucosa en dos de lactato en la vía glucolíti-ca conduce a la formación neta de dos moléculas de ATP. Sin embargo, la entrada de equivalente reductores (NADH) provenientes de la reacción catalizada por la gliceral-dehído-3-fosfato deshidrogenasa a la

mitocondria por el sistema de lanzaderas (2 NADH por glucosa) daría una producción neta 8 ATP. De cualquier manera, la producción nenta de ATP al oxidarse completamente en aerobiosis una molécula de glucosa es de 38 moléculas.

6.8.1.1 Gluconeogénesis

La gluconeogénesis es la formación de glucosa o glucógeno a partir de precursores de naturaleza no glucídica. Es una vía meta-bólica esencialmente hepática, aunque en situaciones tales como el ayuno, acidosis o daño hepático, la corteza renal puede llegar a producir hasta el 50% de la glucosa total por esta vía. Los sustratos principales para la gluconeogénesis son los aminoácidos gluco-génicos, lactato, piruvato y glicerol.

La gluconeogénesis es esencialmente la inversa de la glucólisis, ya que tiene su inicio en el piruvato mitocondrial y su final en glucosa, en el citosol. Sin embargo, la gluconeogénesis y la glucólisis son vías meta-bólicas opuestas aunque estrechamente relacionadas ya que comparten 7 reacciones;

Fig. 6.69. Lanzadera del alfa-glicerofosfato. Reproducida con autorización deL N. V. Bhagavan, Biochemistry. A comprehensive review, pág. 214, J. B. Lippincott Co., 1974.

Fig. 6.70. Lanzadera de malato. Reproducida con autorización de: N.V. Bhagavan, Biochemistry. A comprenhensive review, pág. 216, J.B. Lippincott Co., 1974.

no obstante, en la glucólisis existen cuatro reacciones muy desplazadas del equilibrio que representan barreras energéticas a la simple reversión de la glucólisis. Estas reacciones son: (1) entre piruvato y fosfoenolpi-ruvato; (2) entre fructosa-1-6-difosfato y fructosa-6-fosfato; (3) entre glucosa-6-fos-fato y glucosa; y (4) entre glucosa-1-fosfato y glucógeno (fig. 6.71).

La glucosa también se sintetiza a partir de galactosa y fructosa, pero esto se denomina glucogénesis y debe diferenciarse de la glu-coneogénesis ya que no produce síntesis de de novo de glucosa.

La gluconeogénesis es crucial para la su-perviviencia del hombre y otros animales, ya que cubre las necesidades metabólicas de glucosa cuando este carbohidrato no está disponible en tejidos que lo utilizan como sustrato primario. Entre éstos se encuentran el cerebro, eritrocitos, médula renal, cristalino y córnea ocular, testículos y otros tejidos. En condiciones de hipoglucemia hay disfunción cerebral que puede conducir a coma y muerte. La glucosa es también necesaria para el tejido adiposo como fuente de glicerol-3-fosfato para la síntesis de triglicéridos. Además, la glucosa es el único combustible que permite al músculo esquelético funcionar en condiciones de anaerobiosis.

Las siete enzimas compartidas con la glucólisis se encuentran en todos los tejidos; las cuatro enzimas únicas se encuentran sólo en los órganos gluconeogénicos.

La gluconeogénesis es un proceso ender-gónico. Requiere de aporte energético (4 moléculas de ATP y 2 de GTP) y sustratos reducidos (2 NADH) para que dos moléculas de piruvato formen una de glucosa. La gluconeogénesis a partir de aminoácidos impone una carga adicional de nitrógeno sobre el hígado, ya que debe convertir el nitrógeno del grupo amino en urea. La alanina es el aminoácido glucogénico más importante (ver ciclo de la alanina). La leucina y lisina son los únicos aminoácidos que no pueden

participar en la síntesis de glucosa. Estos aminoácidos producen al final de su metabolismo acetoacetato y acetil-CoA; en el hombre no existe ninguna ruta que convierta estos productos en piruvato u oxalacetato. Aunque los estudiantes de bioquímica han intentado cualquier posibilidad tanto en el laboratorio como en los exámenes, la verdad es que es imposible para los animales sintetizar glucosa neta a partir de acetil-CoA.

Por la misma razón, es imposible sintetizar glucosa a partir de ácidos grasos (excepto algunos ácidos grasos ramificados (como el ácido titánico) y ácidos grasos de número impar de átomos de carbono, que conducen a la formación de propionil-CoA). El pro-pionato es un buen precursor para la gluconeogénesis.

La regulación alostérica de la gluconeogénesis afecta a la piruvato carboxilasa que es activada por la acetil-CoA y el ATP. Esta enzima no sólo es importante en la gluconeogénesis sino también como vía anapleró-tica del ciclo de Krebs. La fructosa-1, 6-difosfatasa es activada por el ATP, inhibida por el AMP y la fructosa 2, 6-difosfato. Así, la gluconeogénesis es activada cuando la concentración de ATP en las células está elevada.

La regulación hormonal de la gluconeogénesis corre a cargo de glucagon, catecola-minas, insulina y glucocorticoides. El glucagon activa la gluconeogénesis a través de aumento en la concentración de AMPc; la proteincinasa activada por éste, conduce a fosforilación de la piruvato cinasa, inacti-vándola. Con ello disminuye la formación de piruvato a partir de fosfoenolpiruvato, el cual se deriva hacia la síntesis de glucosa. Por otro lado, la activación de la proteincinasa por AMPc inactiva a la fosfofructoci-nasa-2 y activa a la fructosa-2,6-difosfatasa. Además de su acción sobre estas enzimas, el glucagon favorece el metabolismo del piruvato en la mitocondria y la actividad de la glucosa-6-fosfatasa, acciones que activan

Fig. 6.71. Esquema gluconeogenético en el hígado. Las flechas gruesas indican las reacciones irreversibles de a glucólisis. Se indican las enzimas que permiten revertir estas reacciones (enzimas gluconeogenéticas).

la gluconeogénesis hepática. La glucosa-6-fosfatasa se encuentra sólo en los órganos gluconeogénicos.

En hígado, la gluconeogénesis estimulada por adrenalina es inferior a la inducida por glucagon. Este efecto es mediado por receptores a-adrenérgicos, por lo que es independiente de AMPc.

Los glucocorticoides influyen positivamente en la gluconeogénesis al estimular la liberación de aminoácidos de los tejidos periféricos, la salida de glicerol del tejido adiposo y la liberación de lactato por el músculo (ciclo de Cori). Además, incrementan la síntesis a nivel de transcripción, de las enzimas gluconeogeneticas. La síntesis de estas enzimas se aumenta por el cortisol y disminuye por el aporte alimenticio; el ayuno incrementa la gluconeogénesis hepática lo que garantiza suficiente glucosa para órganos periféricos, en particular el cerebro.

Al contrario de lo que ocurre con glucagon, catecolaminas y glucocorticoides, la insulina inhibe la gluconeogénesis. Se acepta que la insulina inhibe la actividad de las enzimas reguladoras de la gluconeogénesis y estimula las enzimas glucolíticas. Además, disminuye la disponibilidad de sustratos para la gluconeogénesis al activar la síntesis de proteínas y la lipogénesis.

En algunas enfermedades existen alteraciones enzimáticas que afectan la gluconeogénesis en el hombre. Se han descrito anomalías en la piruvatocarboxilasa (encefalopatía de Leigh), PEP carboxicinasa, fructosa-1, 6-difosfatasa y glucosa-6-fosfatasa (enfermedad de Von Gierke o glucogenosis tipo I). El signo predominante es la hipoglu-cemia. Pueden inhibir la gluconeogénesis sustancias como el etanol o el triptófano. El etanol aumenta la relación citosólica NADH/NAD+, lo que impide que lactato y glicerol puedan entrar en la vía. El bajo nivel de glucosa sanguínea puede contribuir a los efectos indeseables del alcohol. Es más, se puede creer que un individuo está ebrio,

cuando en realidad está sufriendo hipoglu-cemia. Cuando el triptófano llega al hígado por vía porta, un intermediario degradativo, el quinolinato, es un fuerte inhibidor de la PEP carboxicinasa.

6.8.1.2 Regulación de la glucemia

Los niveles de glucosa en sangre (glucemia) se mantienen normalmente a todo lo largo de la vida relativamente estables, en cifras que oscilan entre 80-100 mg por 100 mi (± 1 g por litro). Después de un ayuno de varias horas y en reposo, la glucemia es de 60-70 mg por 100 mi; después de una comida rica en carbohidratos, puede elevarse a 120-130 mg por 100 mi. Para equivalencias en la glucemia se considera que 100 mg/100 mi equivalen a 5.6 mol/litro. Existe una diferencia de 10 a 20 mg por ciento entre la glucemia de la sangre capilar y venosa; la cifra está reducida en esta última.

La glucosa sanguínea proviene principalmente (1) de los carbohidratos de la dieta que se transforma en glucosa en el hígado; (2) de varios compuestos que experimentan gluconeogénesis, en lo cual participan dos ciclos que permiten la utilización de lactato (ciclo de Cori) y de alanina (ciclo de la ala-nina); y (3) del glucógeno hepático por glu-cogenólisis. Por otro lado, la glucosa es utilizada por las células para obtención de energía (glucólisis), para síntesis de glucógeno (glucogenosíntesis o glucogenogéne-sis), para biosíntesis de otros carbohidratos y en la formación de grasas (lipogénesis); cuando la glucosa en sangre rebasa los 170 mg por 100 mi, aparece glucosuria (fig. 6.72).

Normalmente el glomérulo renal reabsorbe la glucosa que filtra del plasma de tal forma que la orina está prácticamente libre de glucosa. Sin embargo, cuando se excede la capacidad de reabsorción tubular, lo cual ocurre cuando la glucemia alcanza cifras mayores a 170 mg por 100 mi, aparece glu-

cosuria. A esta cifra se le conoce con el nombre de "umbral renal" para la glucosa. En las manifestaciones renales de la diabetes, el umbral para la glucosa disminuye y aparece glucosuria aun con niveles de glucemia más bajos.

El mantenimiento de los niveles estables de glucosa en sangre es, de todos los mecanismos homeostásicos, uno de los más finamente regulados y en el cual toman parte el hígado, los tejidos extrahepáticos y varias hormonas. El animal hepatectomizado muere en unas cuantas horas de hipoglucemia. Normalmente las reservas de glucosa en forma de glucógeno hepático corresponden a

casi 6% del peso del hígado (108 g para un hígado de 1.8 kg).

Después de una comida rica en carbohidratos, la glucemia aumenta; el ascenso por arriba de 100-120 mg/100 mi se considera hiperglucemia. Esto provoca lo siguiente:

1) En el páncreas, los islotes de Langerhans segregan menos glucagon y más insulina. La disminución de glucagon implica menos AMPc, inactivación de la proteincinasa, inactivación de la fosforilasa y activación de la glucógeno sintetasa. Por otra parte, el aumento de insulina activa la glucógeno sintetasa tanto hepática como muscular y se incrementa el transporte de glucosa al músculo.

Fig. 7.72. Fuentes y utilización de glucosa sanguínea. Reproducida con autorización de: N.V. Bhagavan, Biochemistry. A comprehensive review, Pag. 267, J.B. Lippincott Co. 1974.

2) La glucosa por sí misma, inactiva a la fosforilasa y activa la glucógeno sintetasa.

Cuando la concentración de glucosa disminuye por debajo de 60 mg por 100 mi se denomina hipoglucemia; esto ocurre en el ayuno y la inanición. En este caso se presenta lo siguiente:

1)E1 páncreas segrega más glucagon y menos insulina. El aumento de glucagon eleva su segundo mensajero el AMPc, se activa la proteincinasa, se inactiva la glucógeno sintetasa y se activa la fosforilasa. Al disminuir la insulina se frena la síntesis de glucógeno y el transporte de glucosa al músculo.

2) El balance entre glucocinasa y glucosa-6-fosfatasa se desplaza en favor de esta última, con lo que el hígado aporta glucosa a la sangre.

El cerebro en reposo consume dos tercios de la glucosa sanguínea. El tercio restante lo consumen eritrocitos, el músculo esquelético y el resto de los tejidos. Si falta el aporte cerebral de glucosa se presentan cambios de comportamiento, confusión y coma. Sin embargo, el cerebro se adapta y usa cuerpos cetónicos (ácidos acetoacético y betahidro-xibutírico) como fuente de energía. Es posible que en esta adaptación intervenga la insulina (disminuida en inanición) y el glucagon (aumentado en inanición).

Un sistema de regulación de tipo cibernético mantiene la glucemia dentro de una cantidad basal necesaria para el buen funcionamiento cerebral, que utiliza primor-dialmente glucosa, y a la vez para el conjunto de células del organismo, en las cuales la glucosa representa solamente un aspecto de la aportación energética además de los ácidos grasos y eventualmente de los cuerpos cetónicos. El metabolismo energético constituye por si mismo un conjunto perfectamente regulado, en el cual vienen a insertarse la aportación interna o externa de la glucosa. Sin embargo, cierto número de circunstancias pueden modificar los factores de esta regulación, unas veces en el sentido

de la hiperglucemia, otras veces en el sentido de la hipoglucemia; cuando se presenta cualesquiera de ellas, el organismo tiene que adaptarse para sobrevivir, esta adaptación está encaminada a salvar la aportación energética celular absolutamente necesaria, pero que provoca perturbaciones penosas para el organismo en un plazo más o menos largo, que van a manifestarse como hiperglucemia crónica (que se denomina habitualmente diabetes mellitus) o como hipoglucemia.

Resulta pues imprencindible analizar, en primer lugar, en qué consiste la regulación del metabolismo energético y de la glucemia en el sujeto normal y las circunstancias que pueden modificar el curso de estos fenómenos.

REGULACIÓN ENERGÉTICA SIN INSULINA

La comprensión de la regulación energética implica la hipótesis de dos centros reguladores hipotalámicos, que denominaremos A yB.

A, representa las células cerebrales, y como ellas, depende exclusivamente de la aportación de glucosa. En realidad estas células son poco sensibles a la insulina, pero en tan escasa medida que con fines prácticos las consideraremos insensibles a la insulina.

B, representa las células del resto del organismo, y como ellas, es insulinodepen-diente. Estas células son capaces de utilizar otros sustratos energéticos además de glucosa, muy particularmente ácidos grasos y cuerpos cetónicos.

Ahora bien, cuando dichos centros no reciben por vía arterial una cantidad satisfactoria de sustrato energético, envían por vía humoral mensajes hacia la hipófisis (empleando como mediadores proteínas), luego la hipófisis lanza a la circulación varias hormonas (de naturaleza proteica) como: ACTH, una hormona capaz de liberar las

grasas de reserva, hormona de crecimiento, etc.

De esta manera se liberan de los tejidos de reserva glicerol, ácidos grasos, aminoácidos, los cuales se dirigen al hígado, el cual los transforma en glucosa (gluconeogénesis) y en algunos casos en cuerpos cetónicos (ce-togénesis). Esta glucosa de procedencia hepática, se vierte en la circulación general. La glucemia se eleva entonces progresivamente. Cuando la misma alcanza 100mg%, el centro A (y las células cerebrales) que ya han satisfecho sus necesidades energéticas cesan de enviar estímulos a la hipófisis. Pero con esta concentración de glucemia sin la insulina, que tiene por objeto aumentar la permeabilidad de estas células a la glucosa, el centro B (y por consiguiente el resto de las células insulino-dependientes) que no recibe la energía necesaria, continúa enviando estímulos a la hipófisis, de tal suerte que todos los procesos considerados prosiguen su acción y la glucemia continúa elevándose. Cuando la ruperglucemia alcanza 300 mg% se posibilita una penetración suficiente de glucosa, de tal modo que B, al quedar satisfecho, cesa por un tiempo el envío de estímulos. Se establece pues un equilibrio momentáneo a este nivel elevado de glucosa. Por ello no dura mucho, puesto que a partir del momento en que las necesidades del organismo disminuyen, la glucemia va a descender automáticamente. Esta glucemia teóricamente puede descender muchísimo, pero por debajo de 100 mg%, las células cerebrales y por consigueinte el centro A, cuyas necesidades son constantes, se encuentran en carencia energética, y envían entonces estímulos a la hipófisis, haciendo subir así la glucemia hasta la cantidad mínima necesaria de 100mg%. Inversamente, si las necesidades aumentan, la glucemia se eleva. No obstante, puede llegar un momento en que las capacidades de glucogénesis hepática alcancen sus límites, y que, a pesar de una glucemia muy elevada, la penetra

ción de la glucosa en las células periféricas del organismo, y por consiguiente del centro B, sigue siendo insuficiente, sin llegar a estar enteramente compensada por la utilización directa de los ácidos grasos. Es entonces cuando los lípidos se derivan hacia la síntesis hepática y hallando saturado el camino oxidativo, se dirigen hacia la cetogé-nesis.

Los cuerpos cetónicos no son utilizados con fines energéticos por las células cerebrales, al menos en condiciones normales. Pero son fácilmente utilizados por las demás células incluyendo el centro B; de esta manera ayudan a la obtención de energía y con ello a un ahorro de glucosa.

REGULACIÓN ENERGÉTICA CON INSULINA

Las células p de los islotes de Langerhans están constituidas de tal manera que sintetizan y liberan una cantidad de insulina proporcional a la magnitud de la glucemia.

Bajo la influencia de la hiperglucemia, las células p se ponen a sintetizar insulina a partir de los aminoácidos circulantes y después la vierten inmediatamente a la circulación. A medida que la insulina alcanza las células sensibles, la glucosa extracelular penetra más fácilmente, incluso en las células del centro B. El centro B, saturado de glucosa, cesa inmediantamente la emisión de estímulos a la hipófisis. La hipófisis ya no actúa y con ello disminuye la liberación de sustancias de reserva (aminoácidos, glicerol y ácidos grasos); esto constituye un freno a la gluconeogénesis.

Bajo la doble influencia de una penetración de glucosa más intensa y de una disminución de la secreción hepática, la glucemia baja, y por ello cesa la secreción de insulina. La disminución de la glucemia, que a priori podría ser muy intensa, se detiene a partir del momento en que la concentración dismi-

nuye por abajo de 100 mg% debido a la respuesta inmediata del centro regulador cerebral, el centro A.

Si las necesidades del organismo aumentan como por ejemplo en una infección, por aumento de tiroxina, cortisona, o de hormona de crecimiento, se origina lo siguiente:

—Carencia de aportación energética en el centro B.

—Liberación de estímulos hacia la hipófisis.

—Respuesta hipofisiaria. —Liberación de sustancias de reserva. —Activación de la gluconeogénesis hepá

tica —Aumento de la glucemia —Secreción de un poco más de insulina —Retorno de la glucemia a nivel basal,

aunque ligeramente elevada, lo cual es necesario para el mantenimiento de una secreción de insulina ligeramente aumentada.

Es importante señalar que en este proceso de adaptación a las necesidades celulares, el movimiento de la glucemia precede a la respuesta insulínica y la condiciona.

HORMONAS HIPERGLUCEMIANTES

Existen hormonas de acción antagónica a la insulina. Hace algunos años, se encontró en extractos crudos de páncreas un efecto hiperglucemiante inicial y luego el clásico efecto hipoglucemiante de la insulina. Este efecto se encontró debido a una sustancia que promovía la glucogenóíisis y fue llamado factor hiperglicemiante glucogenolítico.

En la actualidad se conoce la estructura química de esta hormona, llamada glucagon, secretada por las células a del páncreas. El efecto del glucagon es similar al de otra hormona: la adrenalina, que activa la fosforilasa hepática y produce hiperglucemia.

A diferencia de la insulina, el glucagon consta de una sola cadena polipeptídica y no

contiene enlaces disulfuro. Además del efecto hiperglucemiante antagónico a la insulina existe efecto antagónico en cuanto al mecanismo de acción: la insulina provoca elevación de GMPc en las células sobre las que actúa; el glucagon ejerce su efecto a través del AMPc. El glucagon puede cristalizar en ausencia de Zn y otros metales. Existen fuentes extrapancreáticas del glucagon como son estómago y duodeno ("glucagon intestinal").

También a diferencia de la insulina cuyo estímulo secretor es la hiperglucemia, para el glucagon es la hipoglucemia. La secreción de glucagon es inhibida directamente por la glucosa in vitro. La mayor parte de los aminoácidos, particularmente la arginina, provocan rápida secreción de glucagon. Los ácidos grasos inhiben su liberación, mientras que el ejercicio la estimula. Durante una comida se secretan tanto insulina como glucagon; si abundan las proteínas, se favorece la secreción de glucagon y la glucemia se eleva debido tanto a glucogenóíisis como a la gluconeogénesis estimulada por glucagon.

Glucocorticoides. Este grupo de hormonas esteroides actúa como los esteroides en general a nivel de la membrana nuclear induciendo la síntesis de RNAm y de enzimas en muchos tejidos. Además de sus efectos fisiológicos los glucocorticoides ejercen su efecto metabólico produciendo incremento de glucosa, ácidos grasos y aminoácidos circulantes a expensas de catabolismo muscular, adiposo y linfoide. Se incrementa la gluconeogénesis hepática sobre todo a expensas de glicerol, ácidos grasos y aminoácidos movilizados desde los tejidos periféricos.

Es de notar que muchas de las acciones de los glucocorticoides son metabólicamente antagónicas de la insulina.

Hormona del crecimiento. Esta hormona antagoniza los efectos de la insulina en el músculo. Su efecto parece ser debido a inhibición del transporte de la glucosa, inhibición de la glucólisis o ambos.

propiedades químicas. Se ha propuesto una estructura en la cual el grupo aldehido o ce-tona reacciona con una función alcohol de la misma molécula para formar un hemiacetal cíclico interno. Se llama hemiacetal al producto de condensación de un aldehido o de una cetona con un alcohol:

De esta forma, desaparece el grupo alde-hídico de Cj al formarse el hemiacetal, y en su lugar aparece un nuevo hidroxilo. Con ello, el Ci se convierte en carbono asimétrico (carbono anomérico), generando dos tipos de isómeros: el a, con el hidroxilo a la derecha y el isómero p con el hidroxilo a la izquierda. La reacción descrita sólo tiene lugar si el grupo aldehido está separado de la función alcohol por más de 2 átomos de carbono:

En el caso de la fructosa, ésta puede cicli-zarse para formar un anillo, pero sólo de 5 elementos, en lugar de 6 como la glucosa. El carbono asimétrico (anomérico) es el C2.

Cuando el ciclo resultante comprende 6 vértices (5 carbonos y un oxígeno), lleva el nombre de anillo piranósico por homología con el núcleo orgánico pirano. Cuando el ciclo es pentagonal se llama furanósico por similitud con e\ furano.

Para comprender la ciclización de los mo-nosacáridos, se tomara como ejemplo la glucosa.

Se acostumbra simplificar las fórmulas piranosa y furanosa con la proyección perspectiva de Haworth en la que el anillo (pira-no o furano) se representa con el borde inferior más grueso sugiriendo que se encuentra en un plano perpendicular a la hoja (fig.6.6).

Una caida brusca de la glucemia, tal como ocurre por ejemplo durante una prueba de hipoglucemia insulínica, pone en juego al sistema regulador de fondo que ya hemos descrito y que requiere cierto tiempo para entrar en acción.

Cuando la disminución de la glucemia es rápida y profunda, el centro "A" no sólo estimula a la hipófisis sino también al sistema reticular bulbar.

En segundos, este sistema reticular envía por vía nerviosa (simpático y parasimpático) señales que repercuten simultáneamente en dos sitios.

—En las células alfa del páncreas, que liberan glucagon en la sangre de la vena porta. El glucagon, al activar las fosforilaciones hepáticas, provoca la entrada en la circulación de una gran cantidad de glucosa (Ver fig. 6.73).

—En las células de la médula suprarrenal que liberan adrenalina. La adrenalina activa las fosforilasas en todas las células muscula

res y provoca allí un aumento de glucosa-1-fosfato y glucosa libre. Esta elevación desacostumbrada de glucosa libre bloquea momentáneamente el paso de glucosa hacia las células musculares y aumenta así notablemente la disponibilidad de la glucosa para las células cerebrales.

Además, la adrenalina tiene el efecto de bloquear momentáneamente cualquier secreción de insulina.

6.8.1.3 Ciclo de Cori y ciclo de la alanina

La glucosa presente en el músculo durante el ejercicio es transformada en gran parte en lactato, mediante glucólisis anaerobia, produciéndose una molécula de ATP por una de lactato. En el hígado y con el consumo de 3 ATP, este lactato es transformado nuevamente en glucosa por gluconeogé-nesis.

Centro hipotalámji

Fig. 6.73. Regulación de la glucemia. Reproducida de PRAXIS MEDICA, tomo: Hígado, Páncreas, Nutrición y Alergia. Fascículo N°5,800 con la amable autorización de los editores.

Este reciclaje continuo de carbonos de glucosa entre el músculo (y otros órganos productores de lactato) y el hígado se conoce desde 1931 y recibe el nombre de ciclo de Cori o ciclo de glucosa-lactato (fig. 6.74).

La formación de lactato es particularmente elevada al comienzo del trabajo muscular y puede elevarse transitoriamente hasta más de 100 veces. El ciclo de Cori asegura que, por ejemplo, cuando el músculo esquelético utiliza energía de la glucólisis anaerobia, para la contracción el lactato formado puede ser reconvertido por el hígado a glucosa. Los aminoácidos también son buenos sustratos para la síntesis hepática o renal de glucosa. La alanina es cuantitativamente el principal aminoácido precursor de glucosa

en el hígado. La alanina es liberada a la circulación por un elevado número de tejidos; el más importante es el músculo esquelético. Sin embargo la liberación de alanina por el músculo esquelético es superior a la esperada. Esto sugiere que la liberación de alanina no sólo es resultado de proteolisis sino que otros aminoácidos se transforman en alanina. En la actualidad está bien establecido que el glutamato, valina e isoleucina son capaces de dar lugar a alanina. Esto ha conducido a enfatizar el papel de la glucosa como fuente indirecta de alanina, a través de transaminación con piruvato y, al mismo tiempo a la formulación de un ciclo, parecido al de Cori, llamado ciclo de glucosa-ala-nina (fig. 6.75).

Fig. 6.74. Ciclo de cori. Reproducida con permiso de J. M. Orten y O. W. Neuhaus, Human Biochemistry, 10a Edición, pág. 670, St. Louis, 1982, C.V. Mosby Co. y de Martin, D. W. Jr y Cois., Harper's Review of

Biochemistry, 20th ed. pág. 264, Lange Medical Publications, Los Altos, California, 1985.

Este esquema supone un reciclaje continuo de carbonos de glucosa entre el músculo y el hígado. Su velocidad es la mitad de la observada para el ciclo de Cori. Sin embargo, tiene un significado funcional adicional que consiste en servir como sistema de transporte de nitrógeno desde el músculo esquelético hasta el hígado, donde se elimina mediante el ciclo de la urea. De este modo se complementa el ciclo del purín nucleótido (unidad VIH).

6.8.1.4 Ciclo de las pentosas

Esta vía alternativa para la oxidación de la glucosa procede a través de un sistema de vías ramificadas en las que la glucosa-6-fos-fato es el intermediario central. Su estudio

se inicia en 1930 con el decubrimiento de la primera enzima de la ruta, por Warburg, a la que llamó "zwischenferment", ahora glucosa -6-fosfato deshidrogenasa (durante muchos años conocida como enzima amarilla de Warburg). Sin embargo, la propuesta inicial de esta vía en los años 50 se debe a Horecker. El esquema propuesto por él y otros autores (Cohén, Dickens, Katz, Lipman, Racker, etc) ha sido modificado por Williams, con la inclusión de nuevas enzimas y sustratos.

Esta vía es conocida también como ciclo oxidativo directo, vía del fosfogluconato, desviación (shunt) hexosa-monofosfato, vía de Warburg-Dickens y, la más conocida, vía de las pentosas-fosfato. al igual que la glu-cólisis, esta vía es anaerobia y sus enzimas se encuentran en el citoplasma celular. Sin

Fig. 6.75. Ciclo glucosa-alanina. Figura reproducida con permiso de J. M. Orten y O. W. Neuhaus, Human Biochemistry, 10a. Edición, pág. 676, St. Louis, 1982, C.V. Mosby Co. y con modificaciones de Martin, D. W. Jr Y Cois. Harper's Review of Biochemistry, 20a. edición, pág. 264,1985, Lange Medical Publications,

Los altos, California.

embargo, a diferencia de la glucólisis, la misión de la ruta de las pentosas no es la de obtener energía; de hecho, comenzando con glucosa-6-fosfato, no se genera ni se requiere ATP. La vía de las pentosas-fosfato representa la principal fuente de NADPH en las células, el cual es esencial para la biosíntesis de ácidos grasos y colesterol. Además, es fuente de pentosas (principalmente ribosa-5-fosfato) que se requieren en la biosíntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos.

En realidad, la ruta de las pentosas-fosfato es una vía multifuncional, ya que, además de la generación de NADPH y pentosas, participa en la interconversión de monosacáridos desde tres a ocho átomos de carbono, algunos de los cuales entran en la secuencia glu-colítica. La producción de NADP reducido tiene un papel importante en la protección de las membranas del eritrocito contra la acción de agentes oxidantes (ver adelante).

La ruta global puede ser subdividida en forma simplificada, en dos grandes fases, bien definidas y de características diferentes. En la primera, la hexosa se descarboxila a pentosa; la formación de NADPH tiene lugar en esta fase. En la segunda fase tiene lugar una interconversión de monosacáridos que luego regeneran moléculas de hexosa; es aquí donde se encuentran las diferencias

entre el esquema clásico de Horecker y el propuesto por Williams. Según Williams, la secuencia clásica pudiera quedar restringida al tejido adiposo, mientras que la suya seria operante en hígado y otros tejidos. Así, se propuso la denominación de ruta tipo F (fat -grasa) para la primera, y tipo L (liver - hígado) para la segunda.

La primera reacción de ciclo es la deshi-drogenación enzimática de la glucosa-6-fos-fato para formar 6-fosfogluconolactona y NADPH, reacción catalizada por la glucosa-6-fosfato deshidrogenasa, la enzima más importante no sólo de esta fase, sino de toda la vía de la pentosas. Aunque la lactona es inestable y se puede hidrolizar espontáneamente, existe una fosfo-gluconolactona-sa específica que provoca una más rápida apertura del anillo hacia 6-fosfogluconato (fig.6.76).

La glucosa-6-fosfato deshidrogenasa está ampliamente distribuida en diferentes tejidos, pero la más extensamente estudiada es la enzima de eritrocitos humanos por el hecho de ser estas células las más gravemente afectadas por la deficiencia de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa y ser esta deficiencia muy frecuente en el hombre.

La siguiente reacción de esta primera fase oxidativa es la deshidrogenación del 6-fos-

Fig. 6.76. Reacciones de la fase oxidativa del ciclo de las pentosas.

foglucónico para dar un intermediario tan inestable que no ha podido ser aislado, el ácido 3-ceto-6-fosfoglucónico. Este ácido se descarboxila espontáneamente para dar ri-bulosa-5-fosfato y CO2. La coenzima es también el NADP+ y requiere Mn++ (fig. 6.77).

La fase no oxidativa de la vía consiste en reacciones de isomerización y epimeriza-ción que interconvierten la ribulosa-5-fosfato en ribosa-5-fostato; ambas se equilibran a su vez con otro isómero, la xilulosa-5-fosfato. Posteriormente, dos enzimas, la transal-dolasa y la transcetolasa conectan la vía de las pentosas con la vía glucolítica; la transcetolasa transfiere fragmentos de 2 carbonos (glucolaldehído) de una cetosa al carbono aldehido de la aldosa receptora. Los productos de esta reacción son la sedoheptulosa-7-fosfato y el gliceraldehído-3-fosfato, los cuales entran luego en otra reacción conocida como transaldolación. La transaldolasa transfiere fragmentos de 3 carbonos (dihi-droxiacetona activa) de la sedoheptulosa al gliceraldehído para formar fructosa-6-fosfato y eritrosa-4-fosfato. En una reacción posterior interviene nuevamente la transcetolasa, que utiliza xilulosa-5-fosfato como donador de dos carbonos a la eritrosa-4-fosfato para

formar fructosa-6-fosfato y gliceraldehído-3-fosfato (fig. 6.78).

Las enzimas que intervienen en esta fase son diferentes según el tipo de secuencia. La descrita es la ruta tipo F, en la que actúan dos transcetolasas y una transaldolasa, mientras que en la ruta tipo L intervienen dos transcetolasas, una fosfotransferasa y dos aldolasas; en esta última se forma un intermediario de ocho carbonos, la octulosa-8-fosfato. En ambos casos, si el ciclo se inicia con 6 glucosas-6-fosfato, al final se forman 4 fructosas-6-fos-fato y 2 gliceraldehído-3-fosfato que, utilizando enzimas de la vía glucolítica en inversa como la fructosa-difosfato aldolasa (condensación aldólica), se transformarán en 5 moléculas de glucosa-6-fosfato (fig. 6.79).

La orientación de la glucosa hacia la vía de la glucólisis o hacia la vía de las pento-sas-fosfato varía según los tejidos. Desde este punto de vista, los tejidos humanos pueden pertenecer a dos grandes grupos: en un primer grupo aquellos en que la actividad del ciclo de las pentosas es muy pequeña y la vía glucolítica es predominante o la única existente. Tal es el caso del tejido muscular cuyo objetivo esencial es formar el ATP necesario para la contracción muscular; la vía

Fig. 6.77. Formación de la cetopentosa ribulosa-5-fosfato.

Fig. 6.78. Interconversión de pentosas-fosfato y formación de intermediarios de la glucólisis: fructosa-6-fosfato y gliceraldehído-3-fosfato.

glucolítica es preponderante. Las necesidades de ribosa-5-fosfato en el músculo se cubren a partir de glucosa-6-fosfato y glice-raldehldo-3-fosfato por inversión de las reacciones transaldolasa y transcetolasa; es decir, el ciclo funcionaría en sentido contrario a las manecillas del reloj (fíg. 6.79A). Conviene señalar que el tejido muscular esquelético contiene cantidades muy pequeñas de glucosa-6-fosfato deshidrogenasa y 6-fosfogluconato deshidrogenasa.

El segundo grupo lo forman los tejidos que presentan una ruta de las pentosas no sólo completa, sino también activa. Una mayor necesidad de NADPH que de ribosa-5-fosfato supone un funcionamiento muy activo

de la fase oxidativa del ciclo. Esta situación se presenta en tejidos como el hígado, glándula mamaria (lactante), testículos, corteza suprarrenal y tejido adiposo, que son centros activos de la síntesis de ácidos grasos y este-roides, procesos que requieren del NADPH; en los eritrocitos también está presente la ruta en el mismo sentido de las manecillas del reloj para la producción de NADPH (fig. 6.79 B), que a su vez se utiliza para generar glutatión reducido (ver adelante).

En el hígado, del 20-30% del C02 procedente de glucosa se produce por vías pentosas, mientras que en tejido adiposo la cantidad de C02 originada de esta vía es superior al de otras procedencias; se convierte así este últi-

mo tejido en un sistema modelo en cuanto a actividad del ciclo de las pentosas. Durante la lactancia, un 60% de glucosa en la glándula mamaria se metaboliza a través del ciclo.

La falta de oxígeno tisular disminuye el metabolismo del piruvato a través del ciclo de Krebs, provocando una desviación de la glucosa-6-fosfato hacia la vía de las pento-sas-fosfato. El NADPH que se acumula es desviado hacia la síntesis de ácidos grasos, lo que explica la infiltración grasa de tejidos sometidos a hipoxia prolongada; esto ha sido demostrado en miocardio infartado tras una oclusión coronaria.

Deficiencia de glucosa-6-fosfato deshidrogenase

La deficiencia de glucosa-6-fosfato deshi-drogenasa es la única enzimopatía realmente importante del ciclo de las pentosas. Esta deficiencia puede ser incluida dentro de las denominadas anemias hemolíticas no esfe-rocíticas. La razón por la que esta deficiencia enzimática provoca hemolisis en personas sensibles cuando ingieren ciertas drogas oxidantes como la primaquina, sulfanilami-da, fenacetina, acetanilida, furadantina, etc., radica en la falta de producción de glutatión reducido, agente que protege la membrana eritrocítica contra la acción de agentes oxidantes (fig. 6.80).

El NADPH es necesario para reducir el glutatión oxidado:

glutatión G-S-S-G + NADPH * 2G-SH + NADP* (oxidado) reductasa (reducido)

El glutatión es un tripéptido importante para el metabolismo en general de las células, en particular para el eritrocito, ya que reactiva grupos sulfhidrilo (-SH) necesarios para la actividad de sustancias como la hemoglobina, la catalasa y las lipoproteinas de

la membrana celular. Además, el glutatión inactiva a los agentes oxidantes (peróxidos) producidos en la célula.

El nivel de glucosa-6-fosfato deshidroge-nasa está normalmente reducido en los eritrocitos viejos (120-135 días). Por esta razón son los más afectados por las sustancias oxidantes ya mencionadas.

La deficiencia de esta enzima es una enfermedad genética ligada al cromosoma sexual X, de manera que para que la mujer padezca la enfermedad necesita heredar ambos cromosomas XX (homocigoto) con el defecto.

Es interesante mencionar que esta deficiencia, (se calcula que 100 millones de personas en el mundo tienen valores bajos de la enzima), tiene un papel protector contra la malaria, puesto que el plasmodiumfalcipa-rum requiere NADPH y los eritrocitos con baja producción de esta coenzima son inadecuados para el óptimo desarrollo del parásito. Existen variantes que se presentan dependiendo del tipo de raza; la variante A (considerada normal) se presenta en africanos; la variante B (también normal) es el tipo más frecuente en todo tipo de poblaciones. La carencia o disminución de la variante A (A-), la más común es la que se denomina sensibilidad a la primaquina. La variante B conduce a una deficiencia muy severa de la enzima. El número de drogas que puede producir hemolisis es más amplio que el que la induce en la deficiencia A-. Esta deficiencia es la responsable de todas las manifestaciones que ocurrían en países mediterráneos cuando se aumentaba el consumo de habas (Vicia fava) por razones de hábito nutricio-nal, alteraciones conocidas como "favismo".

En los leucocitos, el NADPH se utiliza para formar H2O2, necesaria para destruir bacterias.

La falta de esta enzima produce la llamada enfermedad granulomatosa, ligada tam-

Fig. 6.80. Función del NADPH en la formación de glutatión reducido. Datos tomados con autorización de: N. V. Bhagavan, Biochemistry. A comprehensive, pág. 250, J. B. Lippincott Co., 1974.

bien al cromosoma X, y que se acompaña de supuración crónica.

6.8.1.5 Ciclo de glucuronato

Además de las vías glucolítica y de las pentosas ya descritas, existe otra vía oxidati-va alterna para la glucosa-6-fosfato, conocida como vía del ácido glucurónico, capaz de convertir la glucosa en ácido glucurónico, ácido ascórbico (en algunas especies) y pentosas. Al igual que la ruta de las pentosas-fosfato, no conduce a la generación de ATP. El ácido glucurónico se forma a partir de glucosa, siguiendo las mismas reacciones de la glucogenosíntesis. Para ello, la gluco-sa-6-fosfato se convierte en glucosa-1-fosfato, la cual reacciona con uridintrifosfato

(UTP) formando el nucleótido uridin-difos-fo-glucosa (UDPG), reacción catalizada por la enzima UDPG-pirofosforilasa. Posteriormente, el UDPG se oxida en el carbono 6 por la UDPG-deshidrogenasa obteniéndose el UDP-glucuronato, forma "activa" del glucuronato (fig. 6.81).

El UDP-glucurónico formado queda disponible para síntesis de diferentes proteo-glucanos, como los ácidos hialurónicos, los condroitin-sulfatos y dermatán-sulfatos. El UDP-glucurónico es utilizado en el hígado en las reacciones de desintoxicación de fármacos o tóxicos formando glucurónidos. De esta manera, el hígado inactiva y elimina glucuronatos de un gran número de sustancias (tanto propias como extrañas al organismo) como morfina, esteroides, bilirrubina y otras. Las reacciones de conjugación con áci-

Fig. 6.81. Formación de UDP-Glucurónico.

Figura 6.6 Formas cíclicas (proyección de Haworth) de la glucosa y la fructosa. La configuración a se representa con el hidroxilo del carbono anomérico hacia abajo y la configuración P hacia arriba.

Mutarrotación

En el caso de la glucosa en solución, más del 99% está en la forma piranosa y menos del 1 % está en forma furanosa. La glucosa cristalina se encuentra como a-D-glucopira-nosa. En el momento en que se disuelve en agua la glucosa cristalina, todas las molé-culs están en la forma a con un ángulo de polarización de +112°; al cabo de algunas horas se obtiene el equilibrio con la forma p (+19°) quedando un 37% de forma a y un 63% de forma p. La solución resultante en equilibrio muestra ahora una rotación óptica de +52.7°. Este cambio espontáneo de rotación hasta alcanzar un valor estable de equilibrio se denomina mutarrotación. Se ha mostrado por polarografía que la forma ali-fática (cadena abierta) existe en una proporción de solo 0.0025 %. De cualquier manera, la desviación óptica de la glucosa en solución es dextrógira; de aquí el nombre alterno de dextrosa que se usa con frecuencia.

Cuando la glucosa se trata con solución saturada de hidróxido de bario se forma un enediol que origina la pérdida de asimetría

del C2 y al restablecerse el equilibrio se obtienen otros dos monosacáridos, mañosa y frustosa. La mañosa se diferencia de la glucosa sólo en la posición del C2, por lo que ambos son epímeros (Fig. 6.7).

Biológicamente, los epímeros más importantes de la glucosa son la mañosa y la galactosa (epimerización en C4).

En resumen, todas las hexosas (aldo o ceto) son isómeros entre sí pero existen diferentes tipos de isómeros: La D-glucosa y la L-glu-cosa son enantiómeros o isómeros ópticos; la a-D-glucopiranosa y la P-D-glucopirano-sa son anómeros; la glucosa y la galactosa son epímeros; la glucosa y fructosa son isómeros funcionales aldosa y cetosa.

Las verdaderas estructuras tridimensionales de los anillos piranósicos no son planas como se muestran en la proyección de Haworth, en la cual habría entre H y OH una angulación de 180°. Las moléculas cíclicas saturadas como el ciclohexano no son planas por los ángulos de valencia carbono-carbono que son de 109°. Para describir la posición de los carbonos y de los sustituyen-tes H y OH de los anillos piranósicos de una

do glucurónico son catalizadas por la enzima UDP-glucuronil transferasa. Los glucu-ronatos presentan un grupo ácido, por lo que a pH fisiológico son más hidrosolubles y aumentan su eliminación por el riñon o bilis.

La bilirrubina es el producto mayoritario de degradación metabólica de los grupos he-mo, núcleo prostético de la hemoglobina. El principal paso en la excreción de bilirrubina

es su conjugación con ácido glucurónico por la UDP-glucuroniltransferasa (fig. 6.82).

El niño recién nacido puede mostrar deficiencia de la enzima glucuronil transferasa. Aunque no tiene una sola causa, la ictericia fisiológica del recién nacido puede provenir de la incapacidad del hígado neonatal para formar bilirrubina conjugada. Cuando por incompatibilidad de Rh se presenta en un re-

Fig. 6.82. Conjugación de la bilirrubina insoluble (indirecta en bilirrubina glucuronada soluble (directa) en el hígado.

cien nacido la eritroblastosis fetal, la ictericia por bilirrubina no conjugada (indirecta), más soluble en grasas, hace que ésta se deposite en la vaina de mielina presentándose una alteración neuronal conocida como ker-nikterus. En seres humanos se ha encontrado una deficiencia de UDP-glucuronil transferasa que da lugar a una hiperbilirrubi-nemia hereditaria conocida como ictericia no hemolítica familiar congénita (síndrome de Grigler-Najjar). Los pacientes con esta enfermedad no pueden tampoco conjugar fármacos con ácido glucurónico.

Además de las reacciones descritas, el UDP-glucuronaro puede transformarse en glucuronato libre, el cual es reducido a ácido gulónico, por medio de la glucuronato re-ductasa (o gulonato deshidrogenasa). El ácido gulónico es luego descarboxilado a L-xilu-losa, pasando por un intermedio inestable, el 3-ceto-L-gulonato, por medio de la gulonato descarboxilasa. Para que exista una ulterior conexión con la vía de las pentosas, la L-xi-lulosa debe convertirse en el isómero D. Esto se lleva a cabo mediante una reducción NADP dependiente que la convierte en xili-tol. Este polialcohol se oxida luego a D-xilu-losa que requiere ser convertida en xilulosa-5-fosfato para ingresar a la vía pentosa-fosfato y cerrar el ciclo (fig. 6.83).

En algunas personas puede faltar la enzima que reduce la L-xilulosa a xilitol, la L-xi-lulosa deshidrogenasa, dando lugar a la acumulación, y eliminación por orina, de grandes cantidades de L-xilulosa. Esta enfermedad metabólica inocua se conoce como pentosuria esencial. Es curioso que la incidencia de esta enfermedad es muy elevada entre la raza judía (1/2000 y 1/2500).

La pentusoria esencial es un error congé-nito del metabolismo que no produce alteración funcional alguna ni disminuye la esperanza de vida. El peligro de la enfermedad consiste en que se diagnostique erróneamente como diabetes mellitus y se instituya una terapia con insulina. El L-gulonato es

precursor directo del ácido ascórbico en animales que son capaces de sintetizar esta vitamina (fig. 6.82). Ello requiere del concurso de dos enzimas: una aldonolactonasa, que transforma al L-gulonato en gulonolac-tona, y una gulonotactona oxidasa, que deshidrogena a la lactosa en 2-ceto-gulono-lactona, la cual se transforma espontáneamente en ácido L-ascórbico. La carencia en primates (incluyendo el hombre), cobayos y otros mamíferos de la enzima gulonolactona oxidasa hace imposible la biosíntesis de ácido ascórbico, por lo que este compuesto es una vitamina que debe ingerirse en la dieta. Para algunos científicos, el escorbuto debería ser considerado como un "error congénito del metabolismo" y la adición de ascórbico a la dieta, la terapéutica adecuada.

Algunos bioquímicos consideran que el consumo de grandes cantidades de ácido ascórbico es bueno para la salud y puede reducir la frecuencia de ciertas enfermedades, no sólo contra la gripe y el resfriado común, sino también como el cáncer, enfermedades del corazón o la esquizofrenia. Realmente, el ácido ascórbico es una de las sustancias más inocuas de la farmacopea.

6.8.1.6 Diabetes mellitus

El término significa literalmente poliuria con orina dulce (de diabeinein, fluir a través, y mellitus, sabor a miel). En realidad la diabetes mellitus aparece como un grupo heterogéneo de enfermedades con diferentes etiologías, más bien que como una entidad única. Sin embargo, la entidad clínica considerada así es una enfermedad metabólica que afecta carbohidratos, lípidos y proteínas; se acompaña frecuentemente de hiper-glucemia y es causada por una deficiencia absoluta o relativa de insulina. Existe un factor hereditario claramente involucrado en algunos tipos de esta enfermedad.

Fig. 6.83. Ciclo del glucuronato y su interrelación con la vía pentosas-fosfato y la vía glucolítica.

Para abordar este tema es conveniente conocer las acciones de la insulina sobre el metabolismo de carbohidratos; así, resultará fácil deducir qué sucede cuando esta hormona está deficiente. Realmente, la insulina tiene que ver no sólo con el metabolismo de carbohidratos, sino también con el de lípidos y proteínas. Así, en el déficit de insulina:

—Disminuye la captación de glucosa por tejidos insulino-dependientes.

—Disminuye la síntesis de glucocinasa hepática y la actividad de la hexocinasa (con ello la fosforilación de la glucosa.

—Disminuye la glucólisis (A nivel muscular y hepático)

—Disminuye la síntesis de glucógeno (muscular y hepático)

—Disminuye la actividad del complejo de la piruvato deshidrogenasa.

—Disminuye la vía de fosfogluconato. —Disminuye la formación de NADPH y

por tanto la lipogénesis —Disminuye la actividad de citrato sinte-

tasa —Disminuye la actividad de la isocitrato

deshidrogenasa —Disminuye la formación de aminoáci

dos no esenciales, (para la síntesis de proteínas).

—Aumenta la glucogenólisis (hepática y muscular)

—Aumenta la proteólisis (hepática y muscular)

—Aumenta la gluconeogénesis —Aumenta la lipólisis —Aumenta la cetogénesis Dentro de las características clínicas de la

diabetes mellitus, destacan la hiperglucemia y la glucosuria persistentes aun en ayuno, así como una gluconeogénesis muy aumentada. La gluconeogénesis incrementada en el diabético obedece al mismo principio que en el ayuno es decir, falta de inhibición de las enzimas de la gluconeogénesis, y tiene como función contrarrestar la falta de utilización de la glucosa. Sin embargo, la gluco

neogénesis de la diabetes opera en condiciones de hiperglucemia, mientras que la del ayuno prolongado tiene lugar en condiciones de normoglucemia o aun de leve hipo-glucemia. Este mecanismo en el ayuno tiene como propósito proveer al cerebro de glucosa. La glucogenosíntesis está disminuida. El glucógeno hepático está muy disminuido, pero el muscular no tanto. La glucosa ingerida y la producida por gluconeogénesis no es utilizada por el músculo y células adiposas (órganos insulinodependientes) y se eleva en sangre (hiperglucemia). La concentración de glucosa en sangre sobrepasa el umbral renal y se excreta por la orina (glucosuria). La inyección intravenosa de glucosa provoca en el individuo normal aumento de piruvato y lactato, así como de glucógeno en hígado; en el diabético no ocurre así.

Los pacientes diabéticos muestran, además, una exagerada lipólisis, o sea, movilización de triglicéridos (TG) y ácidos grasos libres (AGL) que pasan del tejido adiposo a la sangre. Este aporte lipídico al hígado favorece la elevación de lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL) y posteriormente la instalación de un hígado graso. Debido a la falta de glicerofosfato proveniente de la glucólisis, la síntesis de triglicéridos en el tejido adiposo está sumamente restringida. Como el ciclo de Krebs no está funcionando adecuadamente por falta de las vías anapleróti-cas a través de piruvato, la acetil-CoA proveniente de la oxidación de AGL favorece la formación de cuerpos cetónicos. Su acumulación consume poco a poco la reserva alcalina y se produce la acidosis meíabó-lica, precoma y coma diabético. El cociente respiratorio de 0.71 indica que se está llevando a cabo una oxidación preferencial de grasas. El metabolismo proteico está precario como consecuencia de la gluconeogénesis que se lleva a cabo a expensas de aminoácidos, la que conduce a adelgazamiento y pérdida de peso.

De todas estas alteraciones bioquímicas derivas los hallazgos clínicos como: la excreción de glucosa y cuerpos cetónicos por orina arrastra agua (poliuria) y conduce a deshidratación y hemoconcentración; lo que finalmente provoca mucha sed (polidipsia.) La desnutrición y astenia del diabético son consecuencia de la exagerada movilización de proteínas estructurales; el hambre imperiosa que obliga a comer mucho (polifagia), síntoma clave según muchos autores, otros la han encontrado muy rara vez (5 %).

Como ya se indicó, un cierto número de tejidos no requieren insulina para la entrada de glucosa; por lo tanto, la hiperglucemia crónica hace que en estos tejidos se alcancen los mismos niveles intracelulares de glucosa que en la sangre. Una vez dentro de las células, la glucosa se reduce a sorbitol por medio de la aldosa reductasa que también reduce la galactosa a dulcitol (ver ga-lactosemia). Esta enzima se encuentra elevada en tejidos afectados.

aldosa reductasa D-glucosa «^^ «•«• Sorbitol D-galactosa / >^ Dulcitol

NADPH NADP+

Aunque las membranas son permeables a glucosay galactosa, los polialcoholes (sorbitol y dulcitol) formados no salen tan rápidamente y son retenidos dentro de la célula aun cuando los niveles de glucosa disminuyan por administración de insulina. Estos polialcoholes provocan hipertonicidad in-tracelular y retención de agua.

La hipertonicidad provocada por los polialcoholes en los nervios periféricos hace que se produzca la neuropatía periférica. En eritrocitos, el sorbitol desplaza al 2,3-difos-foglicerato con lo que se reduce la capacidad de liberación de O2 por hemoglobina. En vasos sanguíneos se produce aterosclerosis; ésta en riñon y retina provoca nefropatías y retinopatías.

En el cristalino, además del efecto hipertónico mencionado, que conduce a la aparición de cataratas (como en la galactosemia), hay glicosilación de proteínas. Las proteínas gli-cosiladas atraen todavía más agua e inducen una conformación esferoidal del cristalino que origina la visión corta en el diabético. Lo contrario sucede cuando se normaliza el metabolismo y aparece la hiperopia. Estos fenómenos son inocuos, pero el médico debe conocerlos para tranquilizar al paciente cuando estos cambios ocurran.

Existen en la actualidad inhibidores de la aldosa reductasa, pero se encuentran en vías de experimentación farmacológica.

Una de las manifestaciones clínicas de la diabetes, poco comprendida, es el cambio en la membrana basal celular que conduce a su engrosamiento, sobre todo en vasos pequeños (microangiopatía) y en el glomérulo renal. Esta membrana está formada por una red fibrilar de proteínas (glicoproteínas) relacionadas con la colágena. Se distingue de ésta por la presencia de mañosa, hexosami-nas, ácido siálico y fucosa, además de glucosa y galactosa que se encuentran en la colágena.

La biosíntesis de esta proteína es similar a la colágena, en la que se requieren hidroxila-ciones postribosomales y adición de azúcares. Estas cadenas glicosídicas extra alteran el empaquetamiento normal de las fibras proteicas provocando su engrosamiento. Si se administra insulina en las etapas iniciales, estos cambios se revierten. La cronicidad de la enfermedad disminuye la reversibilidad de estos cambios, de aquí el valor del diagnóstico y tratamiento prococes.

La glicosilación no enzima tica se presenta además en el animo terminal (Val) de la hemoglobina.

Esta se conoce como hemoglobina glico-silada (HbAic) y su aparición en sangre representa una forma de diagnóstico, más efectiva incluso que la determinación de glucosa en sangre.

Formas de diabetes

Sin duda, la clasificación más simple y didáctica es la clásica distinción entre diabetes juvenil, ahora llamada diabetes tipo I o insu-lino-dependiente, y diabetes del adulto, ahora diabetes tipo II o independiente de insulina. Las complicaciones crónicas se presentan en ambos tipos.

La del adulto (tipo II) constituye el 80-90% de los casos diagnosticados de diabetes: la población que la presenta es mayor de 40 años y con antecedentes de obesidad. En diabetes tipo II es difícil implicar exclusivamente a la insulina, ya que con frecuencia existen niveles normales e incluso elevados de esta hormona en plasma. El defecto o deficiencia en estos pacientes parece estar a nivel de los receptores a la insulina localizados sobre la membrana plasmática, por lo que esta hormona, aun secretada en exceso, no puede ejercer su función. La obesidad aparece a menudo antes del desarrollo de la diabetes tipo II y parece ser un factor que contribuye de manera importante. Los pacientes obesos son a menudo hiperinsuliné-micos; se ha establecido una relación inversa entre los niveles de insulina y el número de receptores de insulina. La dieta sola puede frecuentemente controlar la enfermedad en el diabético obeso. Si se puede hacer que una persona obesa baje de peso, los receptores de insulina aumentarán en número.

Un paciente obeso de edad avanzada, incluso sin historia familiar positiva, es un candidato a la diabetes mellitus (ver obesidad, metabolismo de lípidos). En contraste con la diabetes tipo I no se produce tendencia a la cetoacidosis aunque se desarrollan las mismas complicaciones, esto es, neuropatía, retinopatía, enfermedad renal y enfermedad arterial coronaria.

La diabetes juvenil es menos común; representa sólo el 10% de los casos, de desarrolla en menores de 20 años y su inicio es más abrupto. Debido a la producción insufi

ciente de insulina por las células B (menos del 10%) del páncreas, los niveles sanguíneos de insulina permanecen bajos a pesar de la hiperglucemia. La imposibilidad de muchos tejidos para captar lucosa en ausencia de insulina contribuye todavía más a la hiperglucemia. La gluconeogénesis hepática acelerada mantiene el estado hiperglucémi-co incluso en inanición. La baja proporción insulina: glucagon produce tasas incontroladas de lipólisis en el tejido adiposo; ello da lugar a la producción acelerada de cuerpos cetónicos por el hígado a expensas del exceso de acetil-CoA que no puede entrar al ciclo de Krebs. Se produce con esto una condición peligrosa conocida como cetoacidosis. La falta de lipoproteinlipasa produce también hiperquilomicronemia. Sorprendemen-te se comprobó que en un porcentaje nada despreciable de diabéticos juveniles la obesidad había desempeñado un papel esencial.

La diabetes del adulto se presenta en familias y la probabilidad de presentarla es mayor si ambos cónyuges son diabéticos. Si sólo uno es diabético, es mayor cuando es la madre diabética. En cambio, la diabetes juvenil no se incrementa en la progenie porque los padres sean diabéticos.

Estudios hechos en gemelos idénticos demuestran que los factores genéticos predominan en la diabetes del adulto mientras que se necesitan factores adicionales, generalmente ambientales, para iniciar una diabetes juvenil. Existe una relación entre los llamados antígenos de histocompatibilidad (HLA) y la diabetes juvenil. Los genes que codifican los HLA están en 4 loci del cromosoma 6 (A, B, C y D) y no son siempre los mismos. A las diferentes formas de cada gene se les llama alelos (uno del padre y uno de la madre en cada locus). Ambos se expresan como proteínas de superficie celular, los cuales pueden tipificarse en los tejidos para trasplante. Nerup de Copenhague encontró que las personas con antígenos HLA: B8 y B15 tenían 2 a 3 veces mayor frecuencia de

diabetes juvenil; lo mismo cuando aparecían en el locus D (DW3-DR3 y DW4-DR4). Cuando se presenta más de un alelo de alto riesgo la probabilidad aumenta 10 veces.

Causa de diabetes

En algunos hospitales se encontró que el 85% de los diabéticos juveniles presentaban un anticuerpo que reaccionaba contra células a, P y 6 del páncreas de gente normal no diabética. Pacientes con diabetes adulta raramente poseían este autoanticuerpo. Independientemente de que cause o no diabetes por autoinmunidad, este anticuerpo es un marcador que permite distinguir la diabetes juvenil de la del adulto.

Surge ahora la idea de que un agente ambiental, que puede ser un virus, desencadene esta reacción autoinmune. La diabetes juvenil se presenta abruptamente en verano e in

vierno, cuando las enfermedades infecciosas son más frecuentes. De las enfermedades virales que más frecuentemente se han visto relacionadas con diabetes juvenil están las parotiditis (paperas), la rubéola, la encéfalo-miocarditis (EMC), reovirus y coxsackie B4. (Ver tabla 6.5).

Estadios de la diabetes

Son varias las posibilidades de clasificación clínica de la diabetes mellitus en estadios individuales, adecuados a las exigencias de la clínica y la práctica. En los últimos años, el término "prediabetes", antes utilizado y posteriormente desestimado, ha sido reintroducido en los tratados de dia-betología para denominar los periodos pre-clínicos de la diabetes.

Prediabetes. Es la fase que va desde la concepción hasta que se encuentra alguna

Modificada de San Martí, A.M., Lucas, A., Salinas, I. Lo Fundamental en Diabetes Mellitus, Ed. DOYMA, pág.21,1991.

alteración del metabolismo hidrocarbonado. Son probables prediabéticos los hijos de padre y madre diabéticos, gemelo univitelino cuyo hermano es diabético y mujeres con productos macrosómicos.

Diabetes subclínica o latente. Es aquella fase de la vida de un diabético en la que se pone de manifiesto el trastorno con la ayuda de la prueba de tolerancia a la glucosa con calificación de dos puntos o más.

Diabetes sintomática o manifiesta. Representa el cuadro clínico en el que ordinariamente existen hiperglucemia y glucosuria posprandial. A menudo se observan los síntomas clásicos poliuria, polidipsia, polifagia (menos frecuente) y adelgazamiento. En la fase inestable puede presentarse la cetoaci-dosis y el coma hiperosmolar que pueden requerir de internamiento hospitalario.

Terapéutica

"Medicina para contrarrestar la eliminación excesiva de orina: huesos, granos de trigo, papilla de cebada recién preparada, tierra verde de plomo y agua. Déjese reposar en estado húmedo, cuélese y tómese durante cuatro días".

Papiro de Ebers (1550 a de C.)

El tratamiento dietético es históricamente la más antigua de las terapéuticas aplicadas a la diabetes mellitus. Puede parecer paradójico que la glucosa, combustible energético por excelencia, deba restringuirse en la dieta de los diabéticos. Esta contradicción se aclara pronto si se considera que los azúcares prohibidos sólo son indeseables en forma refinada. La glucosa obtenida de la digestión de almidones se diferencia de la administración en forma pura en que su ingreso en el torrente circulatorio es difícil.

Se recomienda en general desaconsejar la ingestión de carbohidratos simples (monosa-cálidos y disacáridos, sobre todo en forma

refinada) y favorecer la de las formas complejas (polisacáridos) en los pacientes diabéticos. Se han observado efectos hipoglucemiantes, hipolipemiantes o de ambos tipos después de aumentar las fibras de la dieta como son las legumbres, las frutas, el pan integral y los cereales.

El consumo de cantidades, incluso moderadas, de sacarosa da lugar a hiperglucemia posprandial, hiperinsulinemia e hipertrigli-ceridemia; la excreción urinaria de glucosa en 24 horas fue significativamente mayor al añadir sacarosa a la dieta. Es indudable que la sacarosa tiene efectos adversos sobre el control metabólico y quizá lo mejor sea limitar el consumo de ésta.

Se ha recomendado el uso de edulcorantes como el aspartame y la sacarina como sustitutos. El poder edulcorante del aspartame es aproximadamente 200 veces el de la sacarosa. La Administración de Alimentos y Medicamentos de Estados Unidos (FDA) y otros países lo consideran inocuo para el consumo humano. La misma FDA propuso prohibir el empleo de sacarina por observarse que la sal sódica producía cáncer de vejiga en animales de experimentación, aunque en el hombre no se ha confirmado este riesgo.

En cuanto a las grasas, se han observado efectos beneficiosos de la sustitución de ácidos grasos saturados por insaturados en la dieta y ventajas sobre el metabolismo de lí-pidos producidos por sustitución de ácidos grasos saturados por monoinsaturados. Debe, por tanto, estimularse a los diabéticos a reducir sus ingestas de ácidos grasos saturados y colesterol e incrementar el uso de mono y poliinsaturados.

Otra consideración fundamental es la elección de múltiples comidas de poco volumen en lugar de pocas comidas copiosas. Deben prescribirse al paciente entre 6-7 comidas al día. La razón de esto consiste en que los pacientes que aun producen poca insulina deben modular los islotes pancreáticos con pequeñas cantidades de alimento y

no sobreestimular la secreción de insulina hasta agotarlos. Las comidas copiosas originan picos hiperglucémicos más peligrosos.

Ántidiabéticos orales

Si el déficit de insulina endógena es importante, se puede estimular la propia secreción hormonal mediante antidiabéticos orales (sulfonilureas y biguanidas).

Sulfonilureas

Son los medicamentos más empleados. Su principal acción es la de estimular la secreción endógena de insulina, siempre y cuando existan islotes pancreáticos suficientes.

Bioquímicamente, las sulfonilureas disminuyen la glucogenólisis hepática, aumentan la captación de glucosa por el músculo y tejido adiposo, aumentan la afinidad del receptor-insulina. Ejemplos de sulfonilureas: tolbutamida, clorpropamida, gübenclamida.

La indicación de las sulfonilureas es propia de la diabetes mellitus tipo II. Las contraindicaciones principales son en la diabetes mellitus tipo I y en la embarazada diabética. Se debe tener PRECAUCIÓN cuando las sulfonilureas se administran en personas de la tercera edad, ya que el medi

camento puede durar varias horas en plasma ocasionando hipoglucemia.

Biguanidas

La acción de este medicamento es diferente a las sulfonilureas. La principal acción de las biguanidas es la de elevar la captación periférica de glucosa por el músculo, inhibiendo la gluconeogénesis, incrementando glucólisis anaeróbica.

Ejemplos de Biguanidas: fenformina, met-formina, buformina.

La principal indicación de las biguanidas es en pacientes diabéticos obesos ya que poseen un efecto anorexígeno. Las contraindicaciones de las biguanidas son las mismas que para las sulfonilureas. La complicación más frecuente con biguanidas es la acidosis láctica.

Los pacientes con grave déficit en la insuli-nosecreción exigen la aplicación de una o más inyecciones de insulina al día; no obstante, hay que acoplar la dieta al ritmo que entra en la sangre la insulina exógena. En resumen, la dieta constituye la base de la terapéutica y en la mitad de los casot es el único tratamiento. Por otro lado, la insulina es la soberana y el único medicamento salvador, sin cuya ayuda perderían su vida los diabéticos juveniles y muchos de edad avanzada. Se puede tratar con insulina incluso a pacientes que responden a los hipoglicemiantes orales.

manera más acorde con la realidad, se han denominadas forma de "silla" o de "bote* introducido dos configuraciones posibles (fig. 6.8).

Fig. 6.8. Configuración espacial de la P-D-glucopiranosa. De las dos configuraciones, la de silla es la más estable.