Rutas Metabólicas, Fermentación, Glucogenosis y Digestión de Lípidos y Proteínas

Introducción al Metabolismo Celular y Fermentación

La mayoría de los procesos celulares requiere ATP como fuente fundamental de energía. Cuando la glucosa entra a la célula, se degrada para producir energía mediante una ruta llamada glucólisis. Si la célula no tiene demanda de energía, la glucosa se almacena en forma de una molécula llamada glucógeno, en un proceso conocido como glucogenogénesis; su degradación posterior se denomina glucogenólisis.

En el citosol, la glucosa es activada utilizando la célula 2 ATP; posteriormente se generan 4 ATP por un proceso llamado fosforilación a nivel de sustrato, que es la forma primaria de sintetizar ATP a nivel citoplasmático. El ácido pirúvico es la molécula clave que puede continuar a través de dos vías citoplasmáticas:

• Vía anaeróbica: Se activa ante la escasez o ausencia de oxígeno citoplasmático. También se llama vía fermentativa, de la cual se conocen dos formas:
  • Fermentación láctica: Ocurre en el tejido muscular tras el ejercicio intenso, donde el ácido pirúvico es reducido a ácido láctico, el cual atraviesa fácilmente la membrana y pasa a la sangre. Una parte se pierde en la orina y otra es llevada al hígado, donde las enzimas que trabajan con el piruvato la transforman en glucosa.
  • Fermentación alcohólica: Realizada por levaduras fermentadoras de vino y pan, en la cual el piruvato, tras reacciones consecutivas, origina dióxido de carbono y etanol.
• Vía aeróbica: Ante el consumo de oxígeno, el ácido pirúvico generado en el citoplasma ingresa a la mitocondria atravesando sus dos membranas para llegar a la cámara interna. Se conoce que el oxígeno activa este producto, dando paso al Ciclo de Krebs.

Práctica de Laboratorio: Fermentación

Materiales: 50 gr de piña triturada, 25 gr de levadura y azúcar para diluir en agua (cada uno).

Preparación del caldo: En un matraz, agregar la solución azucarada y la levadura, añadir la piña y completar con agua hasta alcanzar los 250 ml.

Enfermedades Metabólicas Hereditarias

Las enfermedades metabólicas constituyen un grupo numeroso de trastornos hereditarios, cada uno producido por el bloqueo de alguna vía metabólica en el organismo. La mayoría de ellas se hereda de forma autosómica y pueden manifestarse en cualquier etapa de la vida, siendo más frecuentes en la infancia. Un niño nace aparentemente sano y posteriormente presenta síntomas como: falta de apetito, vómitos, deshidratación, hipertonía o hipotonía, y retraso en el crecimiento. Son más frecuentes las que afectan la vía de degradación de nutrientes y la capacidad de mantener los niveles de glucosa en sangre.

Diagnóstico y Estudio

Depende del tipo de presentación clínica y el curso agudo. Se evalúan parámetros como la glucosa en sangre o LCR, amonio en sangre, ácido láctico y cuerpos cetónicos.

Clasificación de las Glucogenosis

• Tipo 1 (Enfermedad de von Gierke): Incapacidad para descomponer el glucógeno por carencia de la enzima glucosa-6-fosfatasa. Afecta al hígado y riñón. Presenta hepatomegalia, alteración del crecimiento e hipoglucemia.
• Tipo 2 (Enfermedad de Pompe): Descrita por J. C. Pompe en 1932 en niños de 7 meses con debilidad muscular. Acumulación de glucógeno en el músculo debido a un déficit lisosomal de la enzima alfa-glucosidasa. Provoca insuficiencia cardíaca, motora y respiratoria.
• Tipo 3 (Enfermedad de Cori): Localizada en el cromosoma 1p21, produce un déficit de la enzima desramificante (alfa-1,6-glucosidasa). Manifiesta síntomas musculares y cardíacos (Tipo a: músculo e hígado; Tipo b: solo músculo).
• Tipo 4 (Enfermedad de Andersen): Deteriora la función hepática y muscular. Existen 5 tipos: muscular congénito, hepático progresivo, hepático no progresivo, neuromuscular infantil y neuromuscular perinatal.
• Tipo 5 (Enfermedad de McArdle): Intolerancia al ejercicio, se produce en la infancia. Presenta un incremento masivo de creatina-cinasa y mutaciones en el gen PYGM (11q13). El tratamiento se basa en entrenamiento físico controlado por déficit de la enzima fosforilasa.

Determinación de Glucosa y Glucógeno en Hígado

La glucosa es un azúcar utilizado por los tejidos como fuente de energía al combinarse con el oxígeno de la respiración. Cuando se ingiere azúcar, este se eleva en la sangre y es regulado por la hormona insulina producida en el páncreas. El tejido más sensible a los cambios de glucemia es el cerebro; concentraciones altas o bajas provocan síntomas como confusión mental o inconsciencia. En las células hepáticas, el glucógeno aparece en forma de grandes gránulos.

Procedimiento Experimental

Pesar 15 gr de hígado, triturar y colocar en 6 tubos con 5 ml de agua en los tubos 1 al 4. Homogeneizar y centrifugar a 3000 RPM.

• Tubos 1 y 2: Añadir 5 gotas de reactivo de Fehling A y B, llevar a baño maría (resultado positivo: color morado).
• Tubos 3 y 4 (Determinación de Glucosa): Añadir 5 gotas de Fehling A y B a baño maría (resultado positivo: color azul).
• Tubo 5 (Determinación de Glucógeno): Añadir 5 gotas de Lugol (resultado positivo: color pardo).

Conceptos Clave del Metabolismo de Glúcidos

• Glucólisis: Ruta metabólica responsable de oxidar la glucosa con el fin de adquirir energía para la célula.
• Gluconeogénesis: Ruta metabólica mediante la cual se produce glucosa a partir de precursores no glucosídicos, tales como lactato, piruvato, glicerol o intermediarios del ciclo de Krebs.
• Glucogenólisis: Proceso catabólico que hace referencia a la degradación de glucógeno a glucosa o glucosa-6-P, que se da cuando el organismo requiere un aumento de glucosa.
• Glucogenosis: Grupo de enfermedades hereditarias que afectan al metabolismo del glucógeno.
• Nivel de glucosa normal: 60 - 120 mg/dl.
• Almacenamiento: Es la forma principal de almacenaje de carbohidratos en animales. Se encuentra en mayor proporción en el hígado y músculo, almacenado dentro de vacuolas en el citoplasma de la célula que los utiliza para la glucólisis.

Digestión de Triglicéridos de la Leche

Los lípidos se caracterizan por ser insolubles en agua, lo que representa un problema para su digestión ya que los sustratos no son fácilmente accesibles a las enzimas digestivas. Este problema puede superarse mediante el aumento del área lipídica y por la solubilización de los productos de hidrólisis con detergentes. La digestión de grasas en el organismo ocurre por la acción de la lipasa, la cual requiere agentes solubilizantes, sales biliares y de la proteína colipasa. La digestión de triglicéridos da como resultado: beta-monoglicéridos, diglicéridos y ácidos grasos (estos últimos pueden ser determinados por titulación con hidróxido de sodio).

Práctica de Laboratorio: Lipasa

1. Medir en dos beakers (A y B) 10 ml de leche y 1 ml de extracto de lipasa pancreatina.
2. Añadir 1 ml de agua al Beaker A y 1 ml de bilis al Beaker B. Mezclar.
3. De cada beaker tomar 2 ml, colocarlos en recipientes separados, añadir 2 gotas de fenolftaleína y titular con NaOH 0.1 N hasta la aparición de una coloración rosada débil.
4. La mezcla restante (después de retirar los 2 ml) se incuba en baño maría a 37 °C por 1 hora.
5. Transcurrido el tiempo, tomar 2 ml y repetir la titulación.

Sales Biliares y Patologías

Estructura y rol de la sal biliar: Se forman en el hígado a partir del colesterol. Actúan como detergentes, aumentando el área superficial de los glóbulos grasos en los alimentos y facilitando la acción de las enzimas digestivas.

Esteatorrea: Condición clínica en la que hay malabsorción de grasa en el proceso de digestión, lo que provoca que la persona evacúe heces fecales con sangre y aspecto aceitoso. Se presenta cuando el páncreas no absorbe toda la grasa adecuadamente debido a un mal funcionamiento del mismo o deficiencia de la lipasa.

Digestión de Proteínas (Ovoalbúmina)

La pepsina y la tripsina son enzimas que hidrolizan los enlaces peptídicos que se encuentran en el interior de las moléculas de proteína.

• Pepsina: Hidroliza enlaces peptídicos en los cuales participan aminoácidos aromáticos y leucina, aportando el grupo amino para la formación del enlace peptídico.
• Tripsina: Hidroliza enlaces peptídicos en los cuales el grupo carboxilo es aportado por la arginina o la lisina.

El sustrato usado es la ovoalbúmina, una proteína globular presente en la clara de huevo. La acción de la pepsina y la tripsina en la digestión de la ovoalbúmina desnaturalizada se visualiza por el aclaramiento del medio al liberarse péptidos de menor tamaño.

Otras Proteasas y Factores Clave

• Otras proteasas participantes en la dieta: Quimotripsina, elastasa, carboxipeptidasa A y B, y renina.
• Rol del HCl en la digestión: El quimotripsinógeno, precursor de las proteasas pancreáticas, se encuentra en el jugo pancreático junto con amilasa y lipasa. Es activado por la enteropeptidasa (ubicada en la mucosa intestinal) para formar tripsina.
• Inhibidor de tripsina: Previene fenómenos de autodigestión.
• Alfa-1 antitripsina: Inhibidor enzimático de proteasas séricas que protege a los tejidos de las proteasas presentes principalmente en células inflamatorias.