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Tema 22
Integración metabólica
Interdependencia y especialización de los órganos en el metabolismo energético.
Reguladores hormonales del metabolismo energético. Adaptaciones metabólicas en el
ayuno y la dieabetes mellitus.
ÍNDICE
1. Interdependencia y especialización del
los organos en el metabolismo energético.
1.1. Hígado
1.2. Tejido adiposo blanco
1.3. Músculo (esquelético y cardíaco)
1.4. Cerebro
1.5. Intestino delgado
1.6. Sangre
2. Adaptaciones metabólicas al ayuno
3. Diabetes mellitus
1. Interdependencia y especialización
Los principales órganos que intervienen en el metabolismo de los combustibles presentan diferencias en cuanto a sus concentraciones de enzimas específicas, de manera que cada órgano está especializado en el almacenamiento, uso y generación de distintos combustibles.
Los distintos órganos coordinan sus actividades metabólicas en respuesta a condiciones nutricionales y ambientales cambiantes. El sistema endocrino y nervioso ejercen una función reguladora sobre los distintos tejidos permitiendo que el organismo pueda adaptarse de la mejor manera posible a los cambios citados.
Metabolismo específico de los tejidos
Cada tejido del cuerpo humano tiene una función especializada, que se manifiesta en su anatomía y en su actividad metabólica.
1.1 Hígado
Funciones
- Papel central en la homeostasia de los nutrientes
- Almacenamiento de glucóneno
- Síntesis de glucosa (Gluconeogénesis)
- Síntesis de ácidos grasos y triglicéridos
(lipogénesis)
- Síntesis de cuerpos cetónicos (Cetogénesis)
- Síntesis de colesterol
- Síntesis de ácidos biliares
- Síntesis de proteínas séricas (Ej albumina)
- Síntesis de urea
- Detoxificación
El hígado tiene un papel central en la transformación y distribución en el metabolismo y
proporciona a todos los demás organos y tejidos una mezcla adecuada de nutrientes a traves
del torrente circulatorio. La centralidad funcional del hígado se pone de relieve en el hecho de
que todos los otros órganos y tejidos se designen comunmente como “extrahepáticos” o
“periféricos”.
METABOLISMO PROTEICO
• Oxidación de aminoácidos en función
de su disponibilidad (50% de sus
requerimientos de energía). Excepto
BCAAs
• Síntesis de proteínas propias y de
secreción
• Síntesis de glucosa, cuerpos cetónicos
y ácidos grasos a partir de
aminoácidos.
• Transaminaciones y síntesis de urea:
Ala, Glu y Asp
• Regulación del contenido proteico
global (control de los transportadores
de aminoácidos hepáticos)
1.1 Hígado
• Almacenamiento de triglicéridos de la
dieta o procedentes de la lipogénesis.
• Lipogénesis a partir de glucosa y
aminoácidos.
• Movilización de reservas de
triglicéridos, liberación de ácidos
grasos controlada hormonalmente
• Aislamiento térmico, protección,
amortiguación, etc.
• Síntesis de hormonas que regulan la
homeostasis energética (Ej: leptina).
1.2 Tejido adiposo blanco
El tejido adiposo se considera un tejido amorfo ampliamente distribuido por el
organismo: debajo de la piel, alrededor de los vasos sanguíneos profundos, en la
cavidad abdominal.
1.2 Tejido adiposo blanco
1.3 Músculo
https://www.youtube.com/watch?feature=player_detailpage&v=H6okUPuyby
1.3 Músculo esquelético
Tipo I fibras lentas oxidativas:
• Similares a las fibras que integran el músculo cardíaco
• Contracción lenta, ejercicio de baja intensidad y larga duración
• Metabolismo aeróbico por lo que:
- Presentan elevada irrigación sanguínea
- ↑ Contenido en mitocondrias y en mioglobina (“rojas”)
- Presentan reservas de TAG y glucógeno
- Metabolismo aeróbico: ↑oxidación de AG (preferencia por AG), ↑ fosforilación
oxidativa, ↑ ciclo del ácido cítrico
1.3 Músculo esquelético
Tipo IIA fibras rápidas oxidativas-glucolíticas:
• Contracción rápida comparadas con el tipo I
• Permiten esfuerzos adicionales, conservando la resistencia a la fatiga, pero
tienen un gran coste energético.
• Metabolismo aeróbico:
- Presentan buena irrigación sanguínea
- ↑ Contenido en mitocondrias y mioglobina (“rojas”)
- Presentan reservas de TAG y glucógeno
- ↑ Capacidad oxidativa. Utilizan indistintamente glucosa y AG
1.3 Músculo esquelético
Tipo IIB fibras rápidas glucolíticas:
• Contracción rápida, ejercicio de elevada intensidad y corta duración.
• Metabolismo anaeróbico (glucólisis):
- Presentan irrigación sanguínea relativamente baja
- ↓ contenido en mitocondrias y en mioglobina (“blancas”)
- Presentan importantes reservas de glucógeno
- ↑ glucólisis, ↓ capacidad oxidativa
- Son las menos flexibles a cambios en la utilización de combustibles
1.4 Cerebro
• Coordinación nerviosa y endocrina
• Combustible: Glucosa 60 % del consumo de glucosa del
organismo (120 g diarios)
• Metabolismo oxidativo elevado. Oxidación completa de
la glucosa por glucólisis y ciclo de krebs. Elevada
demanda de oxígeno (20 % del consumo de oxígeno del
organismo).
• Elevada y constante dependencia de flujo sanguíneo
(glucosa y oxígeno).
• Combustible alternativo: Cuerpos cetónicos (durante el
ayuno prolongado)
• Los aminoácidos se utilizan poco con fines energéticos
porque:
• se utilizan para biosíntesis de NT.
• El catabolismo de aminoácidos podría deplecionar
el alfacetoglutarato del CK para la formación de
glutamina, por lo que compromentería el
metabolismo oxidativo.
• Los ácidos grasos de cadena larga no atraviesan la
barrera hematoencefálica a la suficiente velocidad para
ser un combustible metabólico.
1.5 Intestino delgado
• Absorción de nutrientes (activos sistemas
de transporte)
• Síntesis de TAG y liberación de QM
• La glucosa en el enterocito no es
fosforilada de inmediato dando tiempo a
que pueda salir a la circulación por la
membrana basolateral
• Oxidación de glucosa a lactato (preserva C
de la glucosa)
• Catabolismo de Gln: glutaminólisis. Fuente
de N para la síntesis de bases púricas y
energía. Devolverá los carbonos en forma
de alanina.
1.5 Intestino delgado
• Catabolismo de Gln: glutaminólisis. Fuente de N para la
síntesis de bases púricas y energía. Devolverá los carbonos en
forma de alanina.
1.6 Sangre
• Transporte de nutrientes, gases (O2, CO2),
iones, hormonas, productos de desecho,
fármacos,
• Funciones inmunitarias
• Hemostasia (coagulación)
• Predominio de eritrocitos (carecen de
mitocondrias) glucólisis anaerobia,
producción de lactato.
• La afinidad de la hemoglobina por el oxígeno
está influida por productos finales del
metabolismo:
-Efecto Bohr: La disminución del pH (H+)
en los capilares de los tejidos
disminuyen la afinidad de la Hb por el
oxígeno. El pH disminuye debido a los
elevados niveles de CO2 y la generación
de ácido láctico.
-CO2 además de bajar el pH se une a la Hb
haciéndola perder afinidad por el O2.
En una situación de alimentación el principal destino de la glucosa en el hígado es la glucólisis y la glucogenogénesis, favorecidas por los niveles elevados de insulina ( y la disminución de glucagón). En respuesta a esta hormona también se activa la ruta de las pentosas fosfato (genera el NADPH necesario para la biosíntesis reductora). Gran parte de la glucosa pasa por el hígado de camino a otros tejidos como el cerebro y testículos , que utilizan glucosa para obtener ATP, eritrocitos y médula renal que oxidan la glucosa a lactato y piruvato, y el tejido adiposo que la convierte en grasa. El músculo también utiliza la glucosa, tanto para transformarla en glucógeno como para obtener energía (mediante su oxidación completa). La lipogénesis hepática está activada y los productos son liberados a la circulación en forma de VLDL. Tanto quilomicrones (portadores de los lípidos de la dieta) como VLDL sufren los efectos de la LPL cuando atraviesan los capilares de los tejidos. La LPL está activada por la insulina y los ácidos grasos liberados son utilizados para sintetizar triacilgliceroles que son almacenados en los adipocitos. El glicerol-3-P se obtiene por la vía glucolítica (que está favorecida). La síntesis hepática de lípidos está favorecida. De los aminoácidos de la dieta liberados a la circulación, parte son captados por el intestino como fuente de energía. El hígado tiene acceso a estos aminoácidos de la dieta pero deja pasar a la mayoría de ellos hacia otros tejidos, a no ser que la concentración de aminoácidos sea anormalmente alta a la circulación. Los enzimas implicados en el catabolismo de los aminoácidos en el hígado tienen Km altas con lo que debe haber un exceso de aminoácidos para que estos sean catabolizados. El catabolismo de los aas en el hígado produce urea, CO2, H2O o intermediarios que pueden ser utilizados para la lipogénesis. Los aas que no son captados por el hígado son usados para la síntesis de proteínas o como fuente de energía en otros tejidos. Así en esta situación la estrategia es almacenar calorías aprovechando la disponibilidad de nutrientes y en previsión de que el aporte falle. (glucógeno, y lípidos y está haciendo glucólisis).
Estado postprandial
Ayuno breve Periodo entre comidas y ayuno nocturno
• ↓ Relación insulina/glucagón
• TAB: ↑lipólisis
• Músculo:
• ↑β-oxidación
• ↓utilización de glucosa
• ↑degradación de proteínas
(↓insulin/glucagón)
• Ciclos glucosa-alanina y glucosa-lactato
• Cerebro: Oxidación de glucosa
• Eritrocito: Ciclo glucosa-lactato (Cori)
• Hígado:
• ↑gluconeogénesis
• ↓glucólisis
• ↑síntesis de urea
• ↑degradación de glucógeno
• ↓lipogénesis
• ↑β-oxidación
• Inicio cetogénesis
Tras un perido de ayuno breve (ej: ayuno nocturno), el descenso de glucosa circulante provoca una disminución del ratio insulina/glucagón , la estimulación de la degradación del glucógeno hepático y la liberación de ácidos grasos del TAB (la lipólisis también está proporcionando glicerol para la gluconeogénesis). La incrementada disponibilidad de ácidos grasos favorece que los tejidos que tienen esta capacidad los utilicen como principal fuente de energía alternativa a la glucosa, ahorrando ésta para tejidos dependientes de glucosa. En el músculo, p.e., la utilización de ácidos grasos inhibe la captación y utilización de glucosa (la elevación de las relaciones NADH/NAD y acetilCoA/CoA libre provocan la inhibición de la piruvato deshidrogenasa; los elevados niveles de citrato producto de una elevada actividad citrato sintasa por alta disponibilidad de acetil CoA y por la ralentización del ciclo del ácido cítrico por NADH, inhiben a la fosfofructoquinasa 1 lo que provoca la acumulación de glucosa 6P y, por tanto, la inhibición de la hexoquinasa. El suministro de sustratos gluconeogénicos está incrementado puesto que del músculo se están liberando alanina y glutamina producto de la proteolisis neta inducida por los bajos niveles de insulina. Gran parte de la Gln liberada a la circulación es utilizada por los enterocitos para obtener energía y precursores para la síntesis de purinas y pirimidinas (se trata de células de elevada velocidad de división) y lo que sobra es devuelto a la circulación en forma de Ala con lo que hígado recibe mayor cantidad de este sustrato gluconeogénico.
Ayuno breve
Ayuno prolongado durante días, semanas o meses^ (INANICIÓN)
• ↓ Relación insulina/glucagón, ↓T
• Hígado:
• ↑gluconeogénesis
• ↑ ↑ β-oxidación
• ↓ciclo del ácido cítrico
• ↑ ↑ cetogénesis
• Tejidos extrahepáticos: ↑ catabolismo de
cuerpos cetónicos
• TAB: ↑lipólisis
• Músculo: ↓degradación de proteínas,
↑β-oxidación
• El ↑ cuerpos cetónicos suprime la
proteolisis muscular y disminuye el
requerimiento de glucosa.
15.1. Ayuno
status nutricional
tejidos que utilizan glucosa
principal combustible del cerebro
post-absortivo (ayuno breve)
todos menos hígado; músculo y TAB (dis-minuído)
glucosa
aliment
todos
glucosa
ayuno (temprano)
cerebro y eritrocitos; músculo (muy dismi-nuído)
glucosa y cuerpos cetónicos
ayuno (prolongado)
eritrocitos; cerebro (disminuído)
cuerpos cetónicos y glucosa
Cambios en los parámetros metabólicos durante el ayunoCambios en los parámetros metabólicos durante el ayuno
Cambios en parámetros circulantes y glucógeno
El hígado
durante el ayuno
Realimentación
• ↑ Insulina, ↓AMPc
• Hígado:
– ↑ gluconeogénesis
– ↓ glucólisis
– ↑síntesis de glucógeno
• Tejidos extrahepáticos:
↑glucólisis, ↑LPL
– TAB: ↑lipogénesis
– Músculo: ↑síntesis de
glucógeno
La repleción de la reserva de
glucógeno se realiza a partir
de la gluconeogénesis
Material complementario
Material complementario
Material complementario
