Actividad 6 - Digestión 1 PDF

Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN I Universidad Nacional de La Plata Facultad de Ciencias Veterinarias Curso Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria DIGESTIÓN Y...

Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN I Universidad Nacional de La Plata Facultad de Ciencias Veterinarias Curso Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN I 1  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN Digestión en animales monocavitarios Los alimentos están compuestos por partículas de gran tamaño como para ser utilizadas I directamente por el organismo, por lo cual han de ser transformadas a partículas asimilables. Para ello se desarrolla un proceso que se denomina digestión. El aparato digestivo es el sitio físico donde los alimentos son transformados en sus monómeros (moléculas sillares). Así los glúcidos son degradados a monosacáridos, los lípidos a glicerol y ácidos grasos y las proteínas a aminoácidos. Los productos terminales de la digestión son absorbidos en el intestino, desde donde se dirigen a la circulación sanguínea o linfática. Los productos no digeridos son excretados por las heces y los productos absorbidos que no son convenientes para el organismo son excretados en la orina junto con otras sustancias derivadas del metabolismo general. Las funciones de las diferentes partes del tubo digestivo son: 1. La boca, la faringe y el esófago posibilitan la ingesta y el acceso de los alimentos al aparato digestivo. 2. El estómago sirve de reservorio de alimento e inicia la mezcla del bolo alimenticio, a la vez que prepara los alimentos para su paso al intestino. 3. El intestino tiene como función primordial la absorción de las sustancias nutritivas. Además mantiene el equilibrio hidroelectrolítico y excreta las materias no digeridas. Digestión pregástrica Esta digestión se inicia en la boca, donde los alimentos ingeridos modifican su textura mediante la masticación y se forma el bolo alimenticio. Además, la insalivación se encarga de homogeneizar la mezcla y de aportar ptialina (o amilasa salival) que es la enzima responsable de la hidrólisis de los enlaces α 1→4 entre las unidades de glucosa del almidón o glucógeno, para convertirlo en unidades de maltosa (Fig. 1). La amilasa salival está presente en la saliva de los cerdos y la rata preferentemente, y en pequeñas cantidades en la saliva de los perros y gatos, mientras que en el resto de las especies domésticas la saliva no contiene amilasa, en las que es suplantada por la amilasa pancreática y la amilasa intestinal. La insalivación tiene tres funciones: a) humectar la mucosa bucal, b) favorecer la gustación de los alimentos y c) alertar contra la deshidratación, ya que es un mecanismo de alarma pues cuando es insuficiente provoca sed. 2  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN I Figura 1. Reacción de la amilasa sobre el almidón (porción: amilosa). Digestión gástrica Las principales funciones del estómago son: 1. Almacenar los alimentos ingeridos. 2. Mezclar el quimo (se denomina así al bolo alimenticio cuando toma contacto con el HCl estomacal) para homogeneizar el contenido gástrico. 3. Preparar químicamente el contenido estomacal para la digestión intestinal. Las glándulas situadas en la mucosa del estómago producen una secreción denominada jugo gástrico. Los principales componentes del jugo gástrico son: a) HCl: sirve para convertir el pepsinógeno en pepsina, responsable de la hidrólisis de las proteínas (Fig. 2). El HCl es secretado por las células parietales mientras que el pepsinógeno es secretado por las células principales de la glándula gástrica. b) Mucina o moco: recubre toda la superficie de la mucosa para protegerla del HCl y evitar así la autodigestión. Las mucinas tienen alto contenido en HCO3- para proteger al epitelio simple secretor de la acidez. c) Lipasa gástrica: tiene un rol poco importante en el adulto, siendo más importante en los animales lactantes. El jugo gástrico es muy ácido (pH entre 1,9 y 1,5) y el HCl haría que la mucosa fuese destruida si no fuera por la presencia de la mucina que segregan todas las glándulas gástricas, pero sobre todo las que están cerca del píloro. 3  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN I Figura 2. Esquema general de generación de pepsina por acción del HCl sobre el pepsinógeno (zimógeno). El bolo alimenticio, una vez procesado por las acciones mecánica y química del estómago se convierte en el quimo ácido, que pasa al intestino delgado. En esta fase todos los alimentos son preparados para su digestión posterior (intestinal). En lo que respecta a la regulación de la función gástrica (Fig. 3) existen mecanismos que actúan en tres niveles diferentes: a) Cefálico: los olores y el apetito ejercen un estímulo sobre el sistema nervioso mediante el nervio vago (parasimpático) que aumenta la secreción del jugo gástrico, b) Gástrico: los estímulos que produce el alimento por su presencia en el estómago desencadenan los movimientos gástricos. Es producto del efecto químico de los alimentos y la distensión gástrica. Los productos de digestión de proteínas y el pH del alimento contribuyen a liberar gastrina y esta hormona estimula la secreción ácida gástrica. c) Intestinal: el paso del contenido estomacal al intestino desencadena la liberación de secretina y colecistoquinina, hormonas que inhiben la actividad motriz del estómago y la secreción del jugo gástrico. 4  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN I Figura 3. Fases de la regulación gástrica. Digestión intestinal Esta es la fase más importante de la digestión, en ella intervienen los órganos más relevantes del aparato digestivo y se prepara la absorción, objetivo final del proceso digestivo y sin el cual las demás fases preparatorias no tendrían ningún sentido. El tubo digestivo está surcado por anillos concéntricos que se denominan válvulas conniventes, de las cuales existen entre 800 a 900. La superficie del intestino delgado está tapizada por pliegues denominados vellosidades intestinales que son la pieza clave para la absorción intestinal. A su vez las vellosidades intestinales poseen microvellosidades que poseen células, los enterocitos que son los responsables directos de la absorción de las moléculas sillares. Gracias a todos estos elementos la superficie de absorción se amplía unas 600 veces, llegando en el animal adulto a 100 m2 de superficie útil. Dentro de cada vellosidad intestinal se encuentra un pequeño vaso linfático, denominado vaso quilífero central, así como capilares venosos y arteriales. Estos vasos sanguíneos y linfáticos son los que recogen las sustancias producidas por la digestión para transportarlas a la circulación sistémica. En el intestino hay tres tipos de glándulas secretoras: a) las células mucosas de las vellosidades intestinales, b) las glándulas de Lieberkühn, que se encuentran entre las vellosidades intestinales y dentro de la capa mucosa intestinal y c) las glándulas de Brunner, cuya situación es semejante pero más profunda (se hallan en la submucosa del duodeno). 5  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN Digestión en el intestino delgado La digestión en el intestino delgado se produce gracias a dos tipos de funciones: la función I mecánica y la función química. En lo que respecta a la función mecánica, en el intestino se producen movimientos de segmentación o anulares con una frecuencia de 8 por minuto (variable según la especie animal) y los de propulsión o peristálticos, que se alternan con los anteriores. Los primeros mezclan el contenido intestinal y los segundos hacen progresar el bolo alimenticio (Fig. 4)). En lo que se refiere a las funciones químicas, se realizan gracias a las secreciones pancreáticas, biliares e intestinales. a b Figura 4. (a) Peristalsis. Segmentos adyacentes que se relajan y contraen que mueven el contenido a lo largo del tracto. (b) Segmentación: segmentos no adyacentes que se relajan y contraen adelante y hacia atrás degradando y mezclando el material. 1) Secreción pancreática: se produce en una cantidad de 0,5 a 1 litro cada día y tiene dos componentes fundamentales: a) una secreción que contiene HCO3- a pH 8 para neutralizar la acidez del contenido que sale del quimo estomacal y b) enzimas para degradar las sustancias nutritivas más importantes: la amilasa pancreática continúa la hidrólisis del almidón iniciada a nivel de la boca, la lipasa pancreática junto con las sales biliares produce la emulsión del glicerol y de los ácidos grasos y las endopeptidasas (tripsina y quimiotripsina) y exopeptidasa (carboxipeptidasa), que degradan los polipéptidos en aminoácidos. Los acinos serosos pancreáticos sintetizan las enzimas y las secretan en su forma inactiva, es decir en forma de zimógenos, cuando llegan al duodeno, se activan por escisión de uno o varios enlaces peptídicos específicos mediante la enzima tripsina y luego por autocatálisis. 2) Secreción biliar (bilis): la bilis es producida por los hepatocitos desde donde se vehiculiza por diferentes conductos hasta la vesícula biliar en la cual se almacena para ser vertida, en una fase posterior, al intestino a nivel del duodeno. Diariamente se produce aproximadamente un litro de bilis, dependiendo de la especie. Gran parte de esta se recicla, absorbiéndose a nivel intestinal para que sus elementos puedan ser reutilizados, constituyendo el ciclo enterohepático. La bilis se excreta 6  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN de la vesícula biliar (excepto en los equinos donde no existe) por acción de la hormona colecistoquinina que se segrega a nivel del intestino delgado. La bilis contiene sustancias que I disminuyen la tensión superficial de los triacilgliceroles, lo cual junto con la acción de la lipasa pancreática favorece la absorción posterior. Estas sustancias, denominadas agentes tensoactivos, son el colesterol, la mucina y las sales biliares (taurocolato, desoxicolato y colato de Na+). 3) Secreción intestinal (jugo intestinal): la secreción intestinal se compone principalmente de mucus o moco, que tiene una función protectora sobre todo en el duodeno porque es la zona que recibe directamente el contenido gástrico a la salida del estómago. La otra parte importante del jugo intestinal lo constituyen las enzimas que se encargan de reforzar y continuar las acciones de digestión iniciadas a otros niveles. Estas enzimas son: a) glicolíticas: las disacaridasas maltasa, lactasa y sacarasa, que transforman los disacáridos en sus monosacáridos, listos para ser absorbidos. b) peptidasas que transforman los polipéptidos en aminoácidos y exopeptidasas (aminopeptidasas). c) lipasas que se encuentran en poca concentración en la secreción intestinal. Digestión en el intestino grueso (colon) Así como en el intestino delgado se absorben las principales sustancias nutritivas (glúcidos, lípidos, aminoácidos y vitaminas) en el colon se produce la absorción de agua y electrolitos (sales minerales) procedentes del quimo, el cual al abandonar el intestino delgado tiene un volumen de 500 ml y hacia el final del colon queda reducido a tan sólo 100 - 150 ml. Absorción Se considera que la absorción de nutrientes puede realizarse en cualquier parte del tubo digestivo; sin embargo, se efectúa fundamentalmente en las vellosidades intestinales del mismo intestino delgado y especialmente en el yeyuno, ya que solo a dicho nivel los nutrientes se encuentran aptos para ser incorporados al organismo. Como ya se comentó anteriormente, únicamente se pueden absorber moléculas sencillas; por ello, los alimentos deben ser degradados a formas más simples. El agua, las vitaminas y las sales minerales (electrolitos) se absorben sin cambios estructurales. Las sustancias absorbidas por las vellosidades intestinales abandonan el aparato digestivo por dos vías: a) sanguínea, la que a través de la vena porta transporta las sustancias absorbidas al hígado. b) linfática, que sin pasar por el hígado lleva las sustancias a la circulación venosa general mediante el conducto torácico, que desemboca muy cerca del corazón (vena cava craneal). 7  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN 3) Mecanismo de absorción: la absorción de las sustancias puede producirse de diferentes maneras. Ocurre en forma directa si las sustancias son solubles en lípidos, por el contrario cuando I no son solubles en lípidos pueden atravesar la membrana por tres mecanismos distintos: a) a través de poros de las membranas cuando sus dimensiones lo permiten, b) mediante enzimas transportadoras que activamente facilitan el paso de sustancias específicas, c) por un fenómeno denominado pinocitosis, mediante el cual la sustancia es englobada por la membrana celular, pasándola al interior de la célula. Según el gasto de energía la absorción puede producirse por dos mecanismos fundamentales: a) transporte pasivo, es decir a favor de su gradiente, el cual depende básicamente de la solubilidad de la sustancia y de la concentración de la misma, interviniendo los fenómenos propios de la presión osmótica de los solutos, b) transporte activo, en contra del gradiente, en este caso las sustancias son transportadas al interior de la célula por medio de proteínas bomba específicas. Absorción de glúcidos, lípidos, proteínas y otros elementos Los glúcidos se absorben en forma de glucosa y galactosa. Se absorben por cotransportadores Na+-monosacárido denominados SGLT que es independiente de su concentración. El cotransporte es tipo simporte, en cambio la fructosa se absorbe por transporte pasivo mediante el GLUT 5, específico para este monosacárido por la configuración del carbonilo de la función cetona. Una vez absorbidos pasan a los vasos sanguíneos de la microvellosidad y de allí a la vena porta, que los transporta al hígado (Fig. 5, a). Los triacilgliceroles son degradados a ácidos grasos y glicerol, primero son emulsionados y luego absorbidos mediante un gradiente de concentración; luego se forman los quilomicrones en el enterocito, que están compuestos fundamentalmente por triacilgliceroles (Fig., c). Los quilomicrones pasan directamente a la linfa y por lo tanto a la circulación general, de modo que evitan el hígado, solo los ácidos grasos de cadena corta son vehiculizados por la vena porta. Las proteínas se absorben en forma de aminoácidos mediante cotransporte con Na+ (Fig. 5, b). Hay una proteína transportadora diferente para cada tipo de aminoácido, una vez absorbidos siguen el mismo recorrido que los glúcidos. Con respecto al agua, su absorción depende de la presión osmótica, las sales minerales se absorben por transporte activo, las vitaminas A, D, E, y K se absorben por difusión simple (transporte pasivo) en presencia de bilis. La vitamina B12 tiene la restricción que se absorbe si va ligada al factor intrínseco, sustancia secretada por las células parietales del estómago, que se une a la vitamina y permite su absorción, interactuando con un receptor específico presente en las células mucosas del intestino delgado. 8  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I a DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN b I c Figura 5. Absorción por medio de cotransporte de glucosa (a) y aminoácidos (b). Ejemplo de absorción de lípidos (c). El hígado desempeña un papel fundamental en la transformación de los elementos absorbidos para su aprovechamiento y utilización. Todos los elementos absorbidos a través de la vena porta se metabolizan en los hepatocitos y sufren los procesos necesarios para su utilización. Además en el hígado se eliminan las sustancias nocivas por lo que realiza un papel detoxificante. Por lo tanto, es un verdadero laboratorio metabólico donde se efectúa una gran cantidad de procesos destinados al aprovechamiento de las sustancias nutritivas y a la eliminación de las no deseables. La unidad funcional del hígado es el lobulillo hepático, formado por un conjunto de hepatocitos que están irrigados por un sistema complejo de capilares. Por la vena porta llegan al hígado todas las sustancias absorbidas por las vellosidades intestinales, excepto los quilomicrones, por las venas hepáticas la sangre abandona el hígado. Los dos sistemas se relacionan por los capilares sinusoides, que también reciben sangre procedente de la arteria hepática y reciben así el oxígeno necesario para sus procesos metabólicos. Otras estructuras se relacionan con los vasos sanguíneos, se encuentran los canalículos biliares, que recolectan la bilis producida en los hepatocitos a la vesícula biliar. En cada lobulillo se realizan todas las funciones hepáticas. Hay un total de 50.000 a 100.000 lobulillos. El hígado juega un papel fundamental para que todas las células del organismo dispongan de los elementos necesarios. También participa en la regulación de la glucemia, luego de una comida el hígado recibe por la vena porta gran cantidad de monosacáridos absorbidos; dos tercios de éstos 9  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN son almacenados en forma de glucógeno y el tercio restante pasa a la circulación y se utiliza en las demás células para obtener energía; el sobrante se transforma en triacilgliceroles o se almacena I como glucógeno en los músculos. Durante el ayuno cuando la glucemia disminuye, se liberan moléculas de glucosa al torrente circulatorio a partir del glucógeno hepático. Por su parte los lípidos, en forma de ácidos grasos y glicerol, son utilizados para la síntesis de los triacilgliceroles. Los ácidos grasos sobrantes se emplean como fuente de energía para el funcionamiento de los hepatocitos (principal fuente energética de estas células). Los aminoácidos también sufren algunos procesos en el hígado. Los que no son utilizados en la síntesis de proteínas se eliminan o se utilizan para obtener energía. En el hígado también se sintetizan diversas proteínas plasmáticas: albúmina, globulina, fibrinógeno. El páncreas es un órgano que tiene una doble función, actúa como órgano exocrino al sintetizar y vehiculizar al tubo digestivo el jugo pancreático y por otro lado participa en la secreción endocrina al producir las hormonas, insulina y glucagón, que van a la sangre para ejercer sus funciones en las sus respectivos órganos blanco. El papel fundamental de la insulina es la regulación del nivel de glucosa en la sangre, después de una comida la glucosa que pasa a la sangre procedente del intestino estimula al páncreas, que empieza a producir insulina en los islotes pancreáticos. La insulina hace que la glucosa ingrese a las células para ser utilizada como material energético, los organismos que carecen de insulina o que tienen una secreción disminuida de la misma padecen una enfermedad denominada diabetes mellitus. La insulina estimula la síntesis de glucógeno a partir de la glucosa, pero también tiene acciones sobre otros procesos metabólicos, ya que estimula la síntesis de triacilgliceroles a partir de los ácidos grasos y el glicerol, por lo tanto, aumenta sus reservas. También estimula la síntesis de proteínas, de manera que se la conoce como la “hormona anabólica” por excelencia. El glucagón por su parte, tiene efectos antagónicos a los de la insulina, debido a que produce el aumento de la producción de glucosa a partir del glucógeno hepático y favorece el catabolismo de los lípidos y las proteínas cuando se lo requiera. El equino como animal monocavitario El caballo es un herbívoro monocavitario que tiene en común con los policavitarios la capacidad especial para digerir y aprovechar grandes cantidades de fibra bruta, debido a la presencia de microorganismos en ciertas porciones de su aparato digestivo. Para ello el alimento es retenido hasta por 36 horas en el organismo, la duración total del tránsito está en función de la estructura del alimento, de su composición química y del nivel de consumo. Así, los forrajes largos y celulósicos permanecen más de 37 horas, a la inversa de los forrajes los alimentos granulados permanecen entre 28-30 horas. El tracto digestivo de los caballos está constituido por diferentes partes (Fig. 6): 10  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN 1) La boca, que permite la recolección de los alimentos gracias a los labios, fundamentalmente gracias al labio superior muy vigoroso, móvil y sensible, y a los dientes incisivos; luego se realiza I una masticación concienzuda que puede durar 40 minutos con 3.500 movimientos laterales y verticales de las mandíbulas, obteniendo partículas de 1.5 mm y produciendo 10 –12 litros de saliva al día. La saliva tiene por función la facilitación de la masticación y posterior deglución. La secreción salivar (en las glándulas salivares) está en relación directa con la duración de la masticación y por lo tanto con la naturaleza física de la ración. 2) La faringe es un órgano muscular de paso, tras masticar y mezclar bien el alimento con la saliva, la lengua y las contracciones musculares obligan al bolo alimenticio a pasar a la faringe denominándose este proceso deglución. La faringe permite también el paso de aire a las fosas nasales, el caballo no respira por la boca, únicamente lo hace por la nariz; el paladar blando situado al fondo de la cavidad bucal actúa a modo de barrera para impedir el retorno de los alimentos y el aire a la boca a través de la faringe. 3) El esófago es un órgano tubular dotado de movimientos peristálticos, gracias a los cuales los alimentos son forzados a pasar en dirección faringe – estómago. 4) El estómago y la digestión gástrica: el estómago de los caballos tiene una capacidad muy reducida de 15 a 18 litros, y normalmente sólo se llena en sus 2/3 partes (lo que representa 10 litros aproximadamente). Esto justifica la necesidad de fraccionar el alimento a lo largo del día. La masa deglutida diariamente puede llegar a los 70 l que se suman a los hasta 30 l de secreciones gástricas, luego el estómago debe vaciarse entre 6 y 8 veces al día. La digestión enzimática del estómago gracias a los principios activos del jugo gástrico (pepsina y ácido clorhídrico) baja el pH del contenido estomacal hasta 5,4 en la región fúndica y hasta 2,6 en la región pilórica. Si la estancia en el estómago lo permite, estas condiciones son capaces de comenzar la hidrólisis de proteínas vegetales. En lo que respecta a la fermentación, la rapidez de tránsito junto al bajo pH limitan el ataque microbiano a una pequeña degradación de los glúcidos, almidones y azúcares solubles dando ácidos grasos volátiles (acético, propiónico y butírico) así como ácido láctico. Interesa, por lo tanto incrementar la digestión gástrica de los concentrados granulados. Los alimentos celulósicos no serán atacados por la microflora fermentativa sino hasta que lleguen al del intestino grueso. Por ello conviene distribuir los piensos y concentrados primero en la ración, seguidos por los forrajes. 5) El intestino delgado tiene una longitud de 16 a 24 metros con una capacidad de 60 l. En él se absorben los nutrientes a través de las vellosidades intestinales para pasar al torrente circulatorio. La digestión en el intestino delgado dura solo unas pocas horas. Es de carácter enzimático y prácticamente no afecta a la celulosa. Esta digestión afecta, esencialmente, a los constituyentes de los alimentos concentrados, los azúcares, la lactosa y el almidón, las materias grasas y nitrogenadas 11  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN (proteínas en particular). Aquí se digieren en gran parte gracias a las enzimas (amilasa, lactasa, maltasa, proteasas y peptidasas) proporcionando elementos nutritivos energéticos, que pueden I aportar del 30 al 60 % de la energía total absorbida, y elementos nutritivos nitrogenados (aminoácidos) que pueden proporcionar del 30 al 80 % de las materias nitrogenadas totales. Los porcentajes aumentan con el contenido en concentrados de la ración. Los macroelementos y los oligoelementos se absorben en el intestino delgado, excepto el fósforo. 6) El intestino grueso es el compartimento más voluminoso, de 180 a 220 l repartidos entre el ciego, colon y recto que siempre está siempre tiene contenido. La digestión en el intestino grueso dura por lo menos 24 horas. En ella se asegura la digestión de los constituyentes no digeridos en el intestino delgado gracias a la fermentación prolongada realizada por la población microbiana, muy activa presente en el ciego y el colon. Las paredes vegetales y una reducida fracción de los glúcidos de reservas son transformadas en elementos nutritivos energéticos (ácidos grasos volátiles) y nitrogenados (aminoácidos). Los ácidos grasos volátiles pueden proporcionar hasta 2/3 de la energía total absorbida en el tubo digestivo en dietas ricas en forraje. También se sintetizan aquí algunas vitaminas del grupo B (B1, B6, B12) y la vitamina K. La producción de proteínas de origen alimenticio y microbiano y la absorción de los aminoácidos están limitadas. Sin embargo, una parte importante de la urea circulante (50 %) en el organismo podría ser secretada desde la sangre en el intestino grueso bajo la forma de amoníaco, utilizado parcialmente (50 %) por la flora microbiana para contribuir a la síntesis de proteína microbiana. Figura 6. Esquema del aparato digestivo de un equino. Se observa el gran tamaño del intestino grueso en relación con otros sectores del tubo digestivo. 12  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN Gluconeogénesis La gluconeogénesis es la síntesis de glucosa nueva (glucosa que no proviene del glucógeno I almacenado ni de la dieta), la producción de glucosa a partir de otros metabolitos es necesaria para el uso como fuente de energía por el cerebro y los eritrocitos debido a que la glucosa es la única fuente de energía para estos órganos. Durante ayunos prolongados, sin embargo, el cerebro puede obtener energía a partir de cuerpos cetónicos, que se convierten en acetil-CoA. Los esqueletos de carbonados utilizados para la gluconeogénesis derivan del piruvato, lactato, glicerol y aminoácidos como la alanina, aspartato, glutamato y sus derivados amídicos. El hígado es el sitio principal de la gluconeogénesis, sin embargo como veremos a continuación, el riñón también se ha un papel importante que desempeñar en esta vía (Fig. 7). Figura 7. Vía de gluconeogénesis. Las reacciones y enzimas distintivas de esta vía se muestran en rojo. Las otras reacciones son comunes a la glucólisis. Las enzimas para la gluconeogénesis se encuentran en el citoplasma, excepto piruvato carboxilasa (en las mitocondrias) y glucosa 6-fosfatasa (unida a la membrana en el retículo endoplásmico). Se muestran los puntos de entrada para lactato, glicerol y aminoácidos. 13  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN Reacciones de la gluconeogénesis Las reacciones de "bypass" se indican en rojo en la figura anterior, la reacción de la I fosfoglicerato quinasa cuando es parte de la gluconeogénesis consume energía. La gluconeogénesis partiendo desde 2 moles de piruvato consume 6 moles de ATP para sintetizar un mol de glucosa. Esto hace que el proceso sea muy costoso desde el punto de vista energético considerando que la glucólisis del piruvato solamente produce 2 moles de ATP. Nótese que se necesitan varios pasos para ir de 2 moles de 1,3-bisfosfoglicerato a 1 mol de fructosa-1,6-bisfosfato. Primero, existe una reversión de la reacción de la gliceraldehido-3-fosfato deshidrogenasa que requiere NADH + H+. Cuando el lactato es el sustrato de la gluconeogénesis, el NADH + H+ se obtiene de la reacción de la lactato deshidrogenasa, y cuando el sustrato es el piruvato el NADH + H+ se obtiene de la reacción de la malato deshidrogenasa. Segundo, 1 mol de gliceraldehído 3-fosfato debe ser isomerizado a dihidroxiacetona fosfato y luego 1 mol de esta puede condensarse a un mol de gliceraldehído 3- fosfato para formar 1 mol de fructosa 1,6- bisfosfato en una reacción reversible de la aldolasa. La mayoría de tejidos no tienen la enzima glucosa 6-fosfatasa, a excepción del hígado, riñón e intestino delgado, y por tanto la glucosa 6-fosfato que se genera en estos tejidos sería un sustrato para la síntesis de glucógeno. En los hepatocitos, la reacción de la glucosa 6-fosfatasa permite al hígado proveer glucosa libre a la sangre. Recordar que debido al alto Km de la glucoquinasa hepática, la mayoría de la glucosa no será fosforilada y se movilizará siguiendo su gradiente de concentración de los hepatocitos a la sangre. Las tres reacciones de la glucólisis que proceden con una gran carga de energía libre negativa son evitadas en la gluconeogénesis utilizando otras enzimas. Estas son las reacciones de la piruvato quinasa, fosfofructoquinasa-1 (PFK1) y hexoquinasa/glucoquinasa. En el hígado o en la corteza renal y en algunos casos en el músculo esquelético, la glucosa 6-fosfato (G-6-P) que se produce en la gluconeogénesis puede ser incorporada al glucógeno. En este caso el tercer "bypass" a la altura de la reacción catalizada por la glucógeno fosforilasa. Debido a que el músculo esquelético no tiene glucosa 6-fosfatasa este no puede secretar glucosa a la sangre por lo que la gluconeogénesis en este tejido es un mecanismo para generar glucosa para almacenamiento en forma de glucógeno. 1) Piruvato a Fosfoenolpiruvato (PEP): La conversión de piruvato a fosfoenolpiruvato requiere la acción de dos enzimas mitocondriales. La primera reacción requiere de ATP y es catalizada por la piruvato carboxilasa donde el piruvato es carboxilado para formar oxaloacetato. El CO2 de esta reacción está en la forma de bicarbonato (HCO3-). Esta es una reacción anaplerótica ya que puede ser utilizada para alimentar el ciclo de Krebs. La segunda enzima en la conversión de piruvato a fosfoenolpiruvato es la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa que se encuentra en el citosol. La fosfoenolpiruvato carboxiquinasa requiere de GTP en la descarboxilación de oxaloacetato para 14  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN formar fosfoenolpiruvato. Debido a que la piruvato carboxilasa incorpora CO2 al piruvato y subsecuentemente, este es liberado en la reacción de la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa, no existe I una fijación neta de carbono. Como esta reacción sucede en el citosol, el oxaloacetato producido por la piruvato carboxilasa necesita ser transportado desde la mitocondria al citosol. Sin embargo, no existe un mecanismo de transporte para su transferencia directa y el oxaloacetato no se difunde libremente. El oxaloacetato mitocondrial puede llegar al citosol por reducción a malato, por una reacción reversible a la que se sucede en el ciclo de Krebs que es catalizada por la enzima malato deshidrogenasa. La reducción del oxaloacetato a malato requiere de NADH + H+, que se acumulará en la mitocondria cuando la carga energética aumenta. Este incremento en energía permitirá a la célula llevar a cabo el proceso de gluconeogénesis que es costoso en ATP. El malato resultante es transportado al citosol en donde es oxidado a oxaloacetato por la enzima citosólica enzima malato deshidrogenasa que requiere NAD+ y produce NADH + H+ (Fig. 8). El NADH + H+ producido durante la oxidación citosólica del malato a oxaloacetato es utilizado durante la reacción catalizada por la gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa de la glucólisis. El acoplamiento de estas dos reacciones de oxidación-reducción es necesario para mantener la gluconeogénesis funcionando cuando el piruvato es la principal fuente de átomos de carbono. La conversión de oxaloacetato a malato predomina cuando el piruvato (derivado de la glucólisis o del metabolismo de los aminoácidos) es la fuente de los átomos de carbono para la gluconeogénesis. Señales hormonales controlan el nivel de la enzima fosfoenolpiruvato carboxiquinasa para regular el flujo de la gluconeogénesis. Figura 8. Reducción del oxaloacetato a malato para permitir la salida hacia el citosol, donde el malato se reoxida a oxaloacetato. 15  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN El balance neto de las reacciones piruvato carboxilasa y la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa es: Piruvato + ATP + GTP + H2O→PEP + ADP +GDP + Pi +2H+ I 2) Fructosa 1,6-bisfosfato (F-1,6BP) a fructosa 6-bisfosfato (F-6-P): La conversión de fructosa 1,6-bisfosfato (F-1,6-BP) a fructosa-6-bisfosfato (F-6-P) es el proceso más importante de las reacciones de la glucólisis. Esta reacción de hidrólisis, es catalizada por la enzima fructosa 1,6- bisfosfatasa (F-1,6-BPasa). Similar a lo que ocurre en la regulación de la glucólisis en la enzima PFK1, en la gluconeogénesis la reacción de la F-1,6-BPasa es el principal punto de control de esta vía. 3) Glucosa 6-Fosfato (G-6-P) a glucosa (o glucógeno): La glucosa 6-fosfato es convertida a glucosa por acción de la glucosa 6-fosfatasa. Esta también es una reacción de hidrólisis simple similar a la de la fructosa 1,6-bisfosfatasa. Debido a que el cerebro, el músculo esquelético, así como también otros tejidos no hepáticos, carecen de glucosa 6-fosfatasa, cualquier gluconeogénesis que ocurra en estos tejidos no se utiliza para dar glucosa a la sangre. En el hígado, músculo y especialmente el hígado, la glucosa 6-P se polimeriza a glucógeno si los niveles de glucosa en la sangre son los adecuados. La glucosa 6-P producida en la gluconeogénesis puede ser convertida a glucosa 1-P por la fosfoglucosa mutasa, luego la glucosa 1-P es convertida a UDP-glucosa (el sustrato para la síntesis de glucógeno) por la UDP glucosa pirofosforilasa, una reacción que requiere la hidrólisis de UTP. Sustratos de la gluconeogénesis Lactato El lactato es una fuente predominante de átomos de carbonos para la síntesis de glucosa por la gluconeogénesis. Durante la glucólisis anaerobia en el músculo esquelético, el piruvato es reducido a lactato por la lactato deshidrogenasa. Esta reacción tiene dos funciones críticas durante la glucólisis anaerobia. Primero la formación de lactato la reacción de la lactato deshidrogenasa requiere de NADH + H+ y produce NAD+ que entonces estará disponible para ser utilizada en la reacción de la gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa de la glucólisis. Estas dos reacciones están por tanto íntimamente relacionadas en la glucólisis anaerobia. Luego el lactato producido por la reacción de la lactato deshidrogenasa es liberado a la sangre y transportado al hígado donde es convertido a glucosa, que regresa a la circulación para ser utilizada por el músculo como fuente de energía y formar sus reservas de glucógeno. Este ciclo de Cori, que involucra la utilización de lactato, producido en la glucólisis en tejidos no hepáticos (como el músculo y los eritrocitos) como una fuente de carbono para la gluconeogénesis hepática o cuando se utiliza el aminoácido alanina producto del metabolismo del músculo, como ciclo de la glucosa alanina (Fig. 9). De esta forma, 16  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN el hígado puede convertir el lactato otra vez en glucosa para su reutilización por parte de tejidos no hepáticos. De manera que parte de la gluconeogénesis del ciclo (en sí mismo) consume energía, lo I que le cuesta al organismo 4 moles de ATP que es más de lo que se produce en la glucólisis. Por tanto, el ciclo no puede mantenerse indefinidamente. Figura 9. Ciclo de Cori y ciclo de la glucosa-alanina. Piruvato El piruvato que se genera en el músculo y otros tejidos periféricos, puede ser transaminado a alanina que es llevada al hígado para la gluconeogénesis, esta reacción es catalizada por la alanino aminotransferasa, ALT (ALT se la solía llamar transaminasa glutamato-piruvato sérica, SGPT). La reacción de transaminación requiere de un aminoácido como donador del grupo amino, generándose un α-cetoácido en el proceso. Esta vía se denomina el ciclo de la glucosa-alanina (Fig. 9). Aunque la mayoría de aminoácidos se degradan en el hígado algunos son desaminados en el músculo. El ciclo de la glucosa-alanina es un mecanismo indirecto del músculo para eliminar nitrógeno y a la vez para como su reserva de energía. Sin embargo, la función más importante del ciclo glucosa- alanina es permitir a los tejidos no-hepáticos entregar el grupo amino de los aminoácidos metabolizados al hígado para que sea excretada como urea. En el hígado, la alanina se vuelve a convertir en piruvato que es utilizado como sustrato de la gluconeogénesis (si ese es el requerimiento hepático) o es oxidado en ciclo de Krebs. El nitrógeno amino es convertido a urea en el ciclo de la urea que es excretada por los riñones. 17  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN Aminoácidos Los aminoácidos proteicos, excepto leucina y lisina, pueden ser degradados a intermediarios del I ciclo de Krebs como vamos a ver en el metabolismo de los aminoácidos. Esto permite que los esqueletos carbonados de los aminoácidos se conviertan a oxaloacetato y luego a piruvato. El piruvato así formado puede utilizarse en la vía de la gluconeogénesis. Cuando las reservas de glucógeno están vacías, en el músculo durante el ejercicio y en el hígado durante el ayuno, el catabolismo de las proteínas del músculo a aminoácidos contribuye como la principal fuente de carbonos para el mantenimiento de los niveles de glucosa. Glicerol La oxidación de los ácidos grasos produce cantidades enormes de energía en moles de energía, empero, los carbonos de los ácidos grasos no pueden utilizarse para la síntesis de glucosa (salvo los de número impar). La unidad de dos carbonos de acetil-CoA que se deriva de la ß-oxidación de los ácidos grasos puede incorporarse en el ciclo de Krebs, sin embargo, durante el ciclo de Krebs se pierden 2 carbonos como CO2. Así se explica por qué los ácidos grasos no sufren una conversión neta a carbohidratos. El esqueleto de glicerol de los lípidos puede ser utilizado para la gluconeogénesis. Esto requiere la fosforilación de glicerol 3-fosfato y la deshidrogenación de la dihidroxiacetona fosfato por la gliceraldehído 3-fosfato deshidrogenasa, reacción que es utilizada en el transporte citosólico de la reducción de equivalentes en la mitocondria para su uso en la fosforilación oxidativa. Esta vía de transporte es la lanzadera de glicerol 3-fosfato (Fig. 10). Figura 10. Lanzadera del glicerol 3-fosfato. 18  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN La lanzadera glicerol 3-fosfato es un mecanismo para el transporte de electrones de NADH + H+ citosólico a los transportes de la fosforilación oxidativa mitocondrial. Dos son las enzimas que I participan en esta vía, una de ellas es la versión citosólica de la enzima glicerol 3-fosfato deshidrogenasa que tiene como sustrato al NADH + H+. La segunda es la forma mitocondrial de la misma enzima que tiene como uno de sus sustratos, FAD+. El esqueleto de glicerol del tejido adiposo almacenado como triacilgliceroles asegura que se utilicen como un sustrato gluconeogénico ya que en las células adiposas falta la gliceroquinasa. Los adipocitos de hecho, requieren un nivel basal de la glucólisis, a fin de dotarlos de dihidroxiacetona fosfato como producto intermedio en la síntesis de triacilgliceroles. Propionato La oxidación de ácidos grasos con un número impar de átomos de carbono y la oxidación de algunos aminoácidos genera como producto final de la oxidación propionil-CoA, que se convierte en el intermediario del ciclo de Krebs, succinil-CoA. Esta conversión se lleva a cabo por la enzima dependiente de ATP, propionil-CoA carboxilasa, la metilmalonil-CoA epimerasa y finalmente por la enzima que requiere vitamina B12, la metilmalonil-CoA mutasa (Fig. 11). La utilización del propionato en la gluconeogénesis solamente tiene una significancia cuantitativa en los animales policavitarios, por la producción del ácido graso volátil propiónico por las bacterias ruminales. Figura 11. Conversión de propionato a Succinil-CoA. 19  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN Papel de la gluconeogénesis renal Aunque el hígado tiene la función fundamental de mantener la glucosa en la sangre la I homeostasis y por lo tanto, es el sitio principal de la gluconeogénesis, el riñón desempeña un papel importante. Durante los períodos de hipoglucemia grave que se producen en condiciones de insuficiencia hepática, el riñón puede proporcionar glucosa a la sangre a través de gluconeogénesis renal. En la corteza renal, la glutamina es la sustancia preferida para la gluconeogénesis. La glutamina es producida en grandes cantidades en el músculo esquelético durante los períodos de ayuno como un medio para la exportación de nitrógeno residuos resultantes del catabolismo de los aminoácidos. A través de las acciones de las transaminasas, los residuos de amoniaco se transfieren al α-cetoglutarato por el glutamato a través de la reacción catalizada por la glutamato deshidrogenasa. El glutamato es entonces un sustrato de glutamina sintetasa, que incorpora otro lugar a la generación de residuos de amoniaco glutamina. La glutamina es luego transportada a los riñones, donde la reacción inversa produce la liberación del amoniaco y la producción de α- cetoglutarato que puede entrar en el ciclo de Krebs y entrando a la gluconeogénesis a través del oxaloacetato. Este proceso tiene dos funciones importantes. El amoniaco (NH3) que se libera espontáneamente se disocia en ion amonio (NH4+) y se excreta en la orina como amortiguación de ácidos en la orina (Fig. 12). Además, la glucosa que es producida a través de la gluconeogénesis puede proporcionar al cerebro la energía necesaria. Figura 12. Bioquímica del metabolismo de la glutamina en riñón: (1) glutamato deshidrogenasa, (2) glutamato oxaloacetato transaminasa, (3) glutamina sintetasa, (4) glutaminasa, (5) glutamato semialdehído deshidrogenasa. 20  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN Regulación de la gluconeogénesis La regulación de la gluconeogénesis estará en contraste directo a la regulación de la glucólisis, I en general, los efectores negativos de la glucólisis son efectores positivos de la gluconeogénesis. La regulación de la actividad de la PFK1 y F-1,6-BPasa es el sitio más significativo para controlar el flujo hacia la oxidación de la glucosa o la síntesis de glucosa. Como se describió en el control de la glucólisis, esta es controlada predominantemente por la fructosa 2,6-bisfosfato que es un efector alostérico negativo poderoso de la actividad de la F-1,6-BPasa (Fig. 13). Figura 13. Regulación de la gluconeogénesis. El nivel de la fructosa 2,6-bisfosfato disminuirá en los hepatocitos en respuesta a la estimulación del glucagón, así como también por la estimulación de las catecolaminas. Cada una de estas señales se hace por medio de la activación de la proteína quinasa dependiente del AMPc. Uno de los sustratos de la proteína quinasa dependiente del AMPc es la PFK-2/F-2,6-BPasa, la enzima bifuncional responsable de la síntesis e hidrólisis de la F-2,6-BP. Cuando la PFK-2 es fosforilada por la proteína quinasa dependiente del AMPc actúa como fosfatasa llevando a la desfosforilación de la fructosa 2,6-bisfosfato con el concomitante incremento de la actividad de la F-2,6-BPasa y una disminución en la actividad de la PFK-1. De manera secundaria, la actividad de la F-2,6-BPasa se regula por la relación ATP/ADP. Cuando esta relación es alta, la gluconeogénesis puede proceder a su nivel máximo (Fig. 14). La gluconeogénesis también se controla en la vía piruvato – fosfoenolpiruvato. Las señales hepáticas provocadas por el glucagón o la epinefrina llevan a la fosforilación e inactivación de la piruvato quinasa lo que permitirá un incremento en el flujo a través de la gluconeogénesis, es también inhibida alostéricamente por el ATP y la alanina. La primera indica la presencia de energía 21  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN y la segunda de sustrato suficiente para la gluconeogénesis. Contrariamente, una reducción de los niveles de energía evidenciada por un incremento en la concentración de ADP llevan a una I inhibición tanto de la piruvato quinasa como de la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa. La activación alostérica de la piruvato quinasa ocurre por medio de la acetil-CoA. Cada una de estas regulaciones ocurre en un período corto, mientras que la regulación a largo plazo puede afectar a la fosfoenolpiruvato carboxiquinasa. La cantidad de esta enzima se incrementa en respuesta a la estimulación prolongada del glucagón durante un ayuno prolongado. Figura 14. Control de la síntesis y degradación de la fructosa 2,6-bifosfatasa. Glucogenogénesis En 1957 Luis Leloir y sus colaboradores demostraron que el glucógeno se sintetiza por una vía que utiliza uridina difosfato glucosa (UDP-glucosa) en lugar de utilizar glucosa 1-fosfato. La UDP- glucosa, es el donante de glucosa para la biosíntesis de glucógeno y es una forma activada de glucosa. El C1 de la unidad de UDP-glucosa se activa porque su grupo hidroxilo es esterificado al resto difosfato de UDP. La UDP-glucosa se sintetiza a partir de glucosa 1-fosfato y uridina trifosfato (UTP) en una reacción catalizada por UDP-glucosa pirofosforilasa. Esta reacción libera los dos residuos fosforilo externos de UTP como pirofosfato (Fig. 15). Figura 15. Reacción de la glucosa 1-fosfato con UTP. 22  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN Se añaden nuevas unidades de glucosa a los residuos terminales no reductores de glucógeno. La unidad de glucosa activado de UDP-glucosa se transfiere al grupo hidroxilo en C4 de un residuo I terminal para formar un enlace α-1,4-glicosídico. La UDP es desplazada por el grupo hidroxilo terminal de la molécula de glucógeno en crecimiento. Esta reacción es catalizada por la glucógeno sintasa, la enzima reguladora clave en la síntesis de glucógeno (Fig. 16). Figura 16. Incorporación de residuos de glucosa al glucógeno. La glucógeno sintasa puede agregar residuos de glucosa solo a una cadena de polisacárido que ya contiene más de cuatro residuos. Por tanto, la síntesis de glucógeno requiere un cebador, esta función de cebador la lleva a cabo la proteína glucogenina que tiene actividad de glicosiltransferasa sobre sí misma. Esta enzima presenta dos subunidades idénticas y cada subunidad de glicosiltransferasa cataliza la adición de ocho unidades de glucosa a la otra subunidad. Estas unidades de glucosa forman polímeros cortos de α -1,4-glucosa que se unen covalentemente al grupo hidroxilo de un residuo de tirosina específico en cada subunidad de glucogenina. La UDP- glucosa es el donante en esta autoglicosilación. En este punto, la glucógeno sintasa se hace cargo de extender la molécula de glucógeno. La glucógeno sintasa cataliza solo la síntesis de enlaces α - 1,4. Es necesaria otra enzima para formar las uniones α -1,6 que hacen del glucógeno un polímero ramificado. La ramificación tiene lugar después de que una serie de residuos de glucosa estén unidos en enlaces α -1,4. Se crea una rama por la ruptura de un enlace α -1,4, luego un bloque de residuos se transfiere al interior del glucógeno formando la unión α -1,6 y esta reacción es catalizada por la enzima ramificante (Fig. 17). Este conjunto debe ser de aproximadamente 7 residuos, debe incluir el extremo no reductor y debe provenir de una cadena de al menos 11 residuos de longitud. Además, el nuevo punto de ramificación debe estar al menos a 4 residuos de uno preexistente. El gasto energético de incorporar una glucosa 1-P al glucógeno es de 2 moles de ATP. 23  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN I Figura 17. Reacción de ramificación. La enzima ramificante elimina un oligosacárido de aproximadamente siete residuos del extremo no reductor y crea un enlace interno α -1,6. Regulación de la glucogenólisis y la glucogenogénesis Las principales enzimas que controlan el metabolismo del glucógeno son la glucógeno fosforilasa y glucógeno sintasa, están reguladas por mecanismos alostéricos y modificación covalente por fosforilación y desfosforilación reversibles de proteína enzima en respuesta a la acción hormonal. La fosforilación está aumentada en respuesta al AMPc formado a partir del ATP mediante la adenilato ciclasa en la superficie interna de membranas celulares en respuesta a hormonas como epinefrina (adrenalina), norepinefrina (noradrenalina) y glucagón. La fosfodiesterasa hidroliza al AMPc y así termina la acción de hormona; en el hígado la insulina aumenta la actividad de la fosfodiesterasa. La función del glucógeno en el hígado es proporcionar glucosa libre para su exportación a fin de mantener la concentración de glucosa en la sangre, y en el músculo es proporcionar una fuente de glucosa 6-fosfato para glucólisis en respuesta a la necesidad de ATP para la contracción muscular. En ambos tejidos, la glucógeno fosforilasa es activada por fosforilación catalizada por la fosforilasa quinasa (para dar fosforilasa a) y desactivada por desfosforilación catalizada por la fosfoproteína fosfatasa (para dar fosforilasa b), en respuesta a señales hormonales. Este control hormonal puede anularse, la fosforilasa a activa en ambos tejidos es inhibida de manera alostérica por el ATP y la glucosa 6-fosfato; en el hígado, no así en el músculo, la glucosa libre también es un inhibidor. La fosforilasa muscular difiere de la isoenzima hepática por cuanto tiene un sitio de unión para 5ʹAMP, que actúa como un activador alostérico de la forma b desfosforilada (inactiva) de la enzima. El 5ʹAMP actúa como una potente señal del estado de energía de la célula muscular; se forma a medida que la concentración de ADP se incrementa (lo que indica la necesidad de metabolismo de sustrato aumentado para permitir la formación de ATP), como resultado de la reacción de adenilato quinasa: 2 × ADP ↔ ATP + 5ʹAMP. 24  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN La fosforilasa quinasa es activada en respuesta al AMPc. El incremento de AMPc activa a la proteína quinasa dependiente de AMPc, que cataliza la fosforilación por ATP de la fosforilasa I quinasa b inactiva hacia fosforilasa quinasa a activa, que, a su vez, fosforila a la fosforilasa b hacia fosforilasa a. En el hígado, el AMPc se forma en respuesta a glucagón, en respuesta a la disminución de glucosa en la sangre. El músculo es insensible al glucagón por lo que la epinefrina o adrenalina da la señal para la formación de AMPc (Fig. 18). Figura 68. Control coordinado del metabolismo del glucógeno. El metabolismo del glucógeno está regulado, en parte, por cascadas de AMP cíclico activadas por hormonas. La secuencia de reacciones que conducen a la activación de la proteína quinasa A finalmente activa la degradación del glucógeno. Al mismo tiempo, la proteína quinasa A también inactiva la glucógeno sintasa, cerrando la síntesis de glucógeno. La glucogenólisis en el músculo aumenta cientos de veces al principio de la contracción por el aumento de la concentración de ion Ca+2 citosólico. La fosforilasa quinasa muscular (que activa a la glucógeno fosforilasa), tiene cuatro subunidades, y la subunidad δ es idéntica a la proteína de unión a Ca+2 calmodulina. La unión de Ca+2 activa el sitio catalítico de la subunidad γ. Como se mencionó anteriormente, la proteína fosfatasa-1 desfosforila y desactiva tanto a la fosforilasa a como la fosforilasa quinasa a. La proteína fosfatasa-1 es inhibida por la proteína quinasa dependiente de AMPc. De este modo, el AMPc controla tanto la activación como la desactivación de la fosforilasa. La insulina refuerza el efecto de impedir la activación de la fosforilasa b y lo hace de manera indirecta al aumentar la captación de glucosa, lo que incrementa la glucosa 6-fosfato, que es un inhibidor de la fosforilasa quinasa. Al igual que la fosforilasa, la glucógeno sintasa existe en estados tanto fosforilado como desfosforilado, y el efecto de la fosforilación es el inverso de lo que se observa en la fosforilasa. La glucógeno sintasa a activa es desfosforilada, y la glucógeno sintasa b inactiva es fosforilada. Al 25  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN mismo tiempo que la fosforilasa es activada por un aumento de la concentración de AMPc, la glucógeno sintasa es convertida en la forma inactiva; ambos efectos están mediados por la proteína I quinasa. A su vez, la proteína fosfatasa-1 desfosforila la glucógeno sintasa b (Fig. 19). Figura 19. Regulación de la síntesis de glucógeno por la proteína fosfatasa 1. La proteína fosfatasa 1 estimula la síntesis de glucógeno mientras inhibe glucogenólisis. La insulina también promueve la glucogénesis en el músculo al aumentar la concentración de glucosa 6-fosfato, que estimula la desfosforilación y activación de la glucógeno sintasa. Vía de las pentosas La vía de la pentosas fosfato es una ruta alternativa para el metabolismo de la glucosa, cuando el organismo está satisfecho a nivel energético. No induce la formación de ATP, pero tiene dos funciones importantes: 1) La formación de NADPH + H+ para la síntesis de lípidos. 2) La síntesis de ribosa 5-P para la formación de nucleótidos y ácido nucleicos. La vía de la pentosa fosfato es una vía compleja donde tres moléculas de glucosa 6-fosfato dan lugar a tres moléculas de CO2 y a tres azúcares de cinco carbonos, los cuales se reordenan para generar a su vez dos moléculas de glucosa 6-fosfato y una molécula del intermediario glucolítico, gliceraldehído 3-fosfato. Puesto que dos moléculas de gliceraldehído 3-fosfato pueden regenerar glucosa 6-fosfato, la vía puede explicar la oxidación completa de la glucosa. Al igual que la glucólisis, las enzimas de la vía de la pentosa fosfato son citosólicas. Al contrario de la glucólisis, la oxidación se logra por medio de deshidrogenación usando NADP+, no NAD+ como aceptor de hidrógenos. 26  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN La secuencia de reacciones de la vía puede dividirse en dos fases: una fase irreversible oxidativa y una fase reversible no oxidativa. I 1) Fase oxidativa: generación de NADPH + H+: La deshidrogenación de la glucosa 6-fosfato hacia 6-fosfogluconato ocurre por medio de la formación de 6-fosfogluconolactona catalizada por la glucosa 6-fosfato deshidrogenasa, una enzima dependiente de NADP+. La hidrólisis de la 6- fosfogluconolactona se logra mediante la enzima gluconolactona hidrolasa. Un segundo paso oxidativo es catalizado por la 6-fosfogluconato deshidrogenasa, que también necesita NADP+ como aceptor de hidrógenos. A continuación se produce una descarboxilación, con la formación de ribulosa 5-fosfato (Fig. 20). Figura 20. Fase oxidativa de la vía de las pentosas. Fase no oxidativa: generación de los precursores de ribosa La ribulosa 5-fosfato es el sustrato para dos enzimas. Una epimerasa que altera la configuración alrededor del carbono 3 formando xilulosa 5-fosfato. Una cetoisomerasa convierte a la ribulosa 5- fosfato en ribosa 5-fosfato, que se usa para la síntesis de nucleótidos y ácidos nucleicos. La vía de las pentosas fosfato es activa en el hígado, el tejido adiposo, la corteza adrenal, tiroides, eritrocitos, testículos y glándula mamaria en lactancia. Su actividad es baja en la glándula mamaria no lactante y en el músculo estriado. Los tejidos en los cuales la vía es activa usan NADPH + H+ en la síntesis de ácidos grasos, esteroides, aminoácidos mediante la glutamato deshidrogenasa y glutatión reducido. En el estado posprandial, cuando se incrementa la lipogénesis, la insulina también puede inducir la síntesis de glucosa 6-fosfato deshidrogenasa y 6-fosfogluconato deshidrogenasa. En los eritrocitos la vía proporciona NADPH + H+ para la reducción de glutatión oxidado, catalizada por la glutatión reductasa, una flavoproteína que contiene flavina adenina dinucleótido. El glutatión reducido elimina H2O2 en una reacción catalizada por la glutatión peroxidasa, una enzima que contiene selenio en el sitio activo (Fig. 21). La reacción es importante, porque la acumulación de H2O2 puede acortar la vida media del eritrocito al causar daño oxidativo de la membrana celular, lo que conduce a hemólisis. 27  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN I Figura 71. Función de la vía de la pentosa fosfato en la reacción de glutatión peroxidasa de eritrocitos. (G-S-S-G, glutatión oxidado; G-SH, glutatión reducido; Se, enzima que contiene selenio). Biosíntesis de lípidos Los lípidos son componentes fundamentales de las células ya que no solo forman parte de todas las membranas biológicas, sino que muchos de ellos cumplen importantes funciones, además de constituir un producto de reserva. Hay que tener en cuenta la importancia de los lípidos en los alimentos ya que son necesarios para la absorción y transporte de vitaminas liposolubles (A, D, E y K). El colesterol es un lípido de gran interés, componente de las membranas y precursor de biomoléculas como las hormonas esteroideas y varias moléculas señal. A la inversa de los procesos de degradación, la biosíntesis es un proceso endergónico en el cual se gasta energía en forma de ATP y utiliza un agente reductor, el NADPH + H+. Biosíntesis de ácidos grasos Como en el caso del metabolismo del glucógeno que comienza y termina con glucosa 1-fosfato, la biosíntesis y la degradación de los ácidos grasos también comienza y termina con un mismo compuesto: acetil-CoA. El principal producto formado en la biosíntesis de ácidos grasos es el palmitato libre, ácido graso de 16 átomos de carbono. Originalmente se pensó que la biosíntesis de ácidos grasos saturados se efectuaba en la mitocondria por simple reversión de las etapas de β oxidación. Sin embargo, hoy se conoce que la síntesis completa de ácidos grasos saturados a partir de acetato activo ocurre en el citosol, en órganos tales como hígado, glándulas mamarias, tejido adiposo, riñón y pulmón siendo más activa en tejido adiposo. Esta separación de compartimentos permite que tengan lugar simultáneamente los dos procesos, degradación y síntesis, y provee un cuidadoso control de ambas. Hubo además dos hechos experimentales que llamaron la atención: 1- El citrato intervenía en la reacción activándola, pero no se incorporaba como tal al ácido graso sintetizado. 2- El sistema era también activado en presencia de bicarbonato (HCO3-), como fuente de anhídrido carbónico, pero tampoco se incorporaba al ácido graso. 28  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN Se encontró que el sistema de síntesis presentaba un componente diferente además de acetil- CoA el cual aportaba los carbonos en la biosíntesis, descubriéndose que el compuesto en cuestión I era el malonil-CoA, esto contribuyó a aclarar la actividad de esta vía metabólica. Precursores de la síntesis Los precursores de la biosíntesis de los ácidos grasos son: a) Acetil-CoA: proveniente de carbohidratos, oxidación de ácidos grasos o degradación de aminoácidos. b) Malonil-CoA: compuesto que se sintetiza a partir de acetil-CoA en una reacción que requiere energía proveniente de la hidrólisis del ATP. Dado que la molécula de acetil-CoA se encuentra en la mitocondria y los ácidos grasos se sintetizan en el citosol, es necesario que la misma sea transferida al exterior de las mitocondrias. La membrana mitocondrial interna no es permeable a acetil-CoA, no obstante, la célula cuenta con una proteína transportadora (lanzadera del citrato) en la membrana mitocondrial, la cual permite el transporte de citrato (primer producto sintetizado en el ciclo de Krebs), al citosol. Una vez en el citosol, el citrato se convierte nuevamente en oxaloacetato y acetil-CoA a través de una reacción catalizada por la enzima citrato-liasa, la reacción transcurre con gasto de energía metabólico (ATP) (Fig. 22). Figura 22. Transporte de citrato desde la mitocondria al citosol para luego ser reconvertido a acetil-CoA. 29  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN El acetil-CoA es utilizado para la síntesis de los ácidos grasos. El oxaloacetato, según las necesidades de la célula, puede utilizarse para la gluconeogénesis o reducirse a malato para luego, I por acción de la enzima málica sintetizar NADPH + H+ necesario para la biosíntesis de ácidos grasos y piruvato. El malato o el piruvato pueden volver a la mitocondria a través de un transportador específico. Formación de Malonil-CoA El malonil-CoA necesario para la biosíntesis de los ácidos grasos se obtiene a partir del acetil- CoA proveniente de la escisión del citrato. En la reacción participa una molécula de CO2, la cual luego se libera en las reacciones de biosíntesis, de manera que no forma parte del ácido graso. La enzima que cataliza la reacción de biosíntesis de malonil-CoA es la acetil-CoA carboxilasa, enzima regulatoria del proceso. La misma utiliza biotina (vitamina del complejo B) como coenzima, actuando como transportador de CO2. Esta reacción es irreversible y limitante de la velocidad de biosíntesis de los ácidos grasos (Fig. 23). Figura 23. Reacción de carboxilación de acetil-CoA para formar Malonil-CoA catalizada por la acetil-CoA carboxilasa que contiene biotina como grupo prostético. Complejo multienzimático ácido graso sintasa La biosíntesis de ácidos grasos es llevada a cabo por un complejo multienzimático llamado ácido graso sintasa, que se encuentra en el citosol y está compuesto por un conjunto de enzimas que se unen a una proteína transportadora de restos acilos (PTA) o según la sigla inglesa ACP (acyl carrier protein), quedando así constituido el complejo. La ACP es una proteína termoestable, posee un residuo de cisteína (Cys-SH) periférico y un grupo prostético, el 4´-fosfopanteteína (Pan-SH), el cual se encuentra fijado a la cadena polipeptídica a nivel central, unido covalentemente a la ACP, que al igual que la CoA tiene también un grupo β-mercaptoetilamina. En bacterias (E. coli) las enzimas del complejo están asociadas alrededor de una molécula central de la ACP y se pueden separar en las diferentes enzimas conservando su actividad. El grupo acilo en crecimiento es transportado de enzima en enzima, como en un montaje en serie fijado al ACP tioéster. El 4´- fosofopanteteína actúa como brazo móvil que transfiere el sustrato de un sitio activo a otro del complejo multienzimático 30  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN En los animales, la forma activa de la ácido graso sintasa es un dímero que al separarse en sus dos partes constituyentes pierde actividad catalítica (Fig. 24). En este dímero las dos subunidades I idénticas tienen una orientación opuesta. Los dos monómeros idénticos I y II están constituidos cada uno por 7 actividades enzimáticas separadas y la proteína transportadora de acilos. Uno de los grupos –SH pertenece al aminoácido cisteína de la enzima condensante y el otro grupo –SH a la 4´- fosfopanteteína de la ACP. Los dos grupos están en estrecha proximidad, lo cual sugiere un ordenamiento “cabeza a cola” de los dos monómeros. Aunque cada monómero contiene todas las actividades parciales de la secuencia de la reacción, la unidad funcional eficaz consiste en la mitad de un monómero interactuando con la mitad complementaria del otro. De este modo se producen simultáneamente dos cadenas de acilo. Figura 84. Complejo multienzimático de ácido graso sintasa. El complejo es un dímero de dos monómeros idénticos, 1 y 2, cada uno de los cuales consta de siete actividades enzimáticas y la proteína acarreadora de acilo (ACP). (Cis-SH, cisteína tiol.) El -SH de la 4’-fosfopanteteína de un monómero se encuentra en estrecha proximidad al -SH del residuo cisteína de la cetoacil sintasa del otro monómero, lo que sugiere un ordenamiento “cabeza a cola” de los dos monómeros. Etapas de la biosíntesis de ácidos Grasos La biosíntesis de ácidos grasos es un proceso que ocurre en etapas (Fig. 25). Comienza con la unión de una molécula de acetil-CoA a un resto de cisteína de la enzima condensante y luego la adición repetida de malonil-CoA y la pérdida de CO2. Esto ocurre a través de un mecanismo mediante el cual, una vez reducida la molécula del ácido graso que se va formando, hay un continuo traspaso de la misma a la enzima condensante de manera que siempre el SH-ACP queda libre para recibir una nueva molécula de malonil-CoA. El ácido palmítico es el principal producto de este sistema enzimático. Los C16 y C15 son provistos por el acetil-CoA y los restantes 14 carbonos por la malonil-CoA. Todos los demás ácidos grasos de cadena larga saturados o no saturados, pueden originarse a partir del palmitato, con la excepción de los ácidos grasos esenciales. 31  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN - Reacción 1: En un primer paso una molécula de acetil-CoA es transferida al grupo -SH de cisteína de la enzima condensante o β-cetoacil-ACP sintasa (la cual forma parte del complejo de la ácido I graso sintasa) por medio de la acetil transacilasa. De esta manera el complejo queda cebado, permitiendo que el malonil se incorpore y active el brazo de ACP para llevar a cabo la secuencia de reacción requeridas en el proceso de prolongación. La acetil transacilasa no es una enzima muy específica pudiendo reaccionar con otros acil-CoA, como por ejemplo con propionil CoA, dando lugar en este caso a la síntesis de ácidos grasos de número impar de átomos de carbono. - Reacción 2: El malonil-CoA se une al grupo sulfhidrilo de la ACP formando malonil-ACP y liberando una molécula de Co-A la cual queda disponible para la biosíntesis de otra molécula de malonil-CoA. La reacción es catalizada por la malonil transacilasa, enzima perteneciente al complejo de la ácido graso sintasa. - Reacción 3: Una vez activados los grupos acetilo y malonilo, los cuales se encuentran unidos al complejo de la ácido graso sintasa, se produce la condensación de ambos por acción de la enzima β-cetoacil-ACP sintasa o enzima condensante y se sintetiza el acetoacetil-S-ACP el cual a través de tres reacciones que implican: reducción, deshidratación y reducción, da lugar a la formación de butiril-S-ACP y de esta forma comienza el alargamiento de la cadena por repetición del ciclo, dando lugar a la síntesis completa del ácido graso. El CO2 que ingresó para la biosíntesis de malonil-CoA es liberado en esta reacción de manera que la molécula no interviene en la síntesis neta del ácido graso. Las siguientes reacciones (4, 5 y 6) corresponden a las tres etapas que permiten la reducción del acetoacetil-S-ACP a butiril-S-ACP, repitiéndose nuevamente el ciclo desde la reacción 3, hasta la formación del palmitoil-S-ACP. - Reacción 4: En esta reacción ocurre la reducción del carbono beta del ácido graso en formación y se consume el equivalente de reducción de NADPH + H+. - Reacción 5: Una vez reducido el carbono beta se produce la deshidratación del hidroxibutiril- ACP formándose una doble ligadura (alqueno) y un compuesto que posee la configuración de tipo trans, el crotonil-ACP. - Reacción 6: Se forma el butiril-ACP por acción de la enzima 2,3 trans-enoil-ACP reductasa que reduce el doble enlace del crotonil-ACP. El butiril ACP se transfiere al -SH- de cisteína de la enzima condensante en la subunidad opuesta para dejar libre el -SH- del ACP y así se pueda incorporar otro malonil. Una vez finalizada la biosíntesis de palmitoil-ACP, debe liberarse el palmitato que se encuentra unido al ACP, para ello se produce una hidrólisis a través de una reacción catalizada por la enzima tioesterasa. Antes de que pueda proseguir otra vía metabólica el palmitato debe ser activado a palmitoil-CoA. 32  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN I Figura 25. Esquema de la biosíntesis de un ácido graso por el complejo multienzimático ácido graso sintasa. Los ácidos grasos de cadena corta son sintetizados en algunos tejidos como glándula mamaria y donde la actividad de la tioesterasa es diferente, forma acil-CoA cuya cadena carbonada es de 8 a 12 átomos de carbono. Como se mencionó en la sección anterior, la principal vía productora del NADPH + H+ necesario para la biosíntesis de ácidos grasos, es la vía de las pentosas y la reacción catalizada por la enzima málica en la descarboxilación del malato a piruvato (lanzadera de citrato). Balance de la biosíntesis Para la biosíntesis de palmitato se necesitan en total 8 moléculas de acetil-CoA de las cuales 7 se utilizan para la síntesis de malonil-CoA y una molécula ingresa como tal en la primer reacción del ciclo. Para la síntesis de malonil-CoA se gasta una unión rica en energía proveniente del ATP, como se requieren en total 7 moléculas de malonil-CoA, se utilizan en total 7 ATP para la síntesis de una molécula de ácido palmítico. Cada vez que se incorporan dos carbonos provenientes de malonil-ACP se necesitan 2 moléculas de NADPH + H+ para la reducción del grupo ceto, necesitándose en total 14 moléculas de NADPH + H+ para los 7 ciclos de reducción. Los carbonos 15 y 16 del ácido palmítico provienen de acetil-CoA mientras que los restantes provienen de malonil-CoA. 33  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN Por lo tanto las reacciones en cada etapa se utilizan: Síntesis de malonil-CoA: I 7 acetil-CoA + 7 CO2 + 7ATP → 7 malonil-CoA + 7 ADP + 7 Pi + 7 H+ Participación de la ácido graso sintasa: acetil-CoA + 7 malonil-CoA + 14 NADPH + 14 H+ → Palmitato + 7 CO2 + 8 CoA + 14 NADP+ + 6 H2O Balance Global: 8 acetil-CoA + 7 ATP + 14 NADPH + 6 H+ → Palmitato + 8 CoA + 7 Pi + 7 ADP + 14 NADP+ + 6 H2O Regulación de la Biosíntesis La biosíntesis de ácidos grasos está regulada a nivel de la formación de malonil-CoA, reacción catalizada por la acetil-CoA carboxilasa. La acetil-CoA carboxilasa es una enzima alostérica, cuya actividad aumenta cuando aumentan los niveles de citrato e isocitrato y disminuye por aumento de ácidos grasos libres y acil-CoA de cadena larga (palmitoil-CoA). También se regula su actividad por modificación covalente, acción mediada por hormonas y la cantidad de lípidos incorporados con la dieta. La regulación hormonal produce un efecto a corto plazo, a través de un mecanismo de fosforilación o desfosforilación de la enzima (Fig. 26), mientras que la dieta actúa a nivel de la síntesis de la acetil-CoA carboxilasa por lo que el efecto es a largo plazo. Así, una dieta rica en hidratos de carbono y/o proteínas que superen las necesidades energéticas de la célula y una dieta pobre en grasas que no aporte la cantidad de lípidos suficientes para las distintas funciones celulares, por un mecanismo de control adaptativo, se favorece la síntesis de la carboxilasa. Figura 26. Control de la acetil-CoA carboxilasa por fosforilación y desfosforilación. 34  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN Elongación de ácidos grasos La célula necesita de ácidos grasos de cadena larga, superiores a 16 átomos de carbono, como I por ejemplo el ácido esteárico (18 C) y el ácido araquidónico (20 C), los cuales, en conjunto con otros ácidos grasos insaturados, se encuentran formando parte de membrana plasmática, influyendo sobre la fluidez de la misma. Además, estos ácidos grasos son el punto de partida para la biosíntesis de otras sustancias de interés biológico, como son la biosíntesis de cerebrósidos, sulfátidos, eicosanoides (prostaglandinas y lecucotrienos), etc. El proceso de biosíntesis de ácidos grasos que ocurre en citosol produce primordialmente palmitato. En el tejido adiposo, hígado y otros, existen sistemas para elongar ácidos grasos y obtener moléculas de 18 y 20 átomos de carbono. Este proceso de elongación ocurre por adición de unidades de 2 C y puede tener lugar en dos compartimentos celulares diferentes: el retículo endoplásmico (microsomas) y en menor medida, en la mitocondria. En ambos casos primeramente se necesita activar el acilo formándose acil-CoA. - Sistema microsomal: la mayor parte del alargamiento de ácidos grasos se realiza en los microsomas (retículo endoplásmico) la misma se produce por la unión de unidades de dos carbonos provenientes del malonil-CoA. - Sistema mitocondrial: el acilo activado penetra a la mitocondria por el transportador de la carnitina y luego se le adicionan unidades de acetil-CoA sobre el extremo carboxilo a través de un proceso que implica una reversión de la β-oxidación. Biosíntesis de ácidos grasos no saturados Los principales ácidos grasos monoinsaturados de los tejidos animales son el palmitoleato y el oleato cuyos precursores son los ácidos grasos saturados: palmitato y estearato. Las reacciones de desaturación de los ácidos grasos saturados tienen lugar en el retículo endoplásmico. En la síntesis de los ácidos grasos monoinsaturados, como los ácidos oleico y palmitoleico, se le introduce una doble ligadura entre los carbonos 9 y 10, previa activación del ácido grado con Coenzima A. En los vertebrados y en la mayoría de los organismos aerobios, las enzimas que catalizan esta reacción son microsomales y se denominan acil-CoA desaturasas o Δ9 desaturasas que son en realidad un sistema de oxidasas de función mixta que necesita O2 y NAD(P)H + H+. La reacción es compleja y durante la misma se produce una transferencia de electrones, a través de una cadena transportadora de electrones formada por el citocromo b5, la citocromo b5-reductasa (flavoproteína) y NADPH + H+. Un átomo de oxígeno se combina con los 2 hidrógenos del ácido graso, y el otro con los 2 hidrógenos de la coenzima reducida (NADPH+ H+) sintetizándose dos moléculas de agua (Fig. 27). 35  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN I Figura 27. Cadena transportadora de electrones en la desaturación de ácidos grasos. Los vegetales tienen las enzimas necesarias para producir insaturaciones desde la posición 9 del ácido graso hacia el carbono ω (metilo terminal). Por ejemplo, a partir del ácido oleico pueden sintetizar los ácidos linoleico (18:2 Δ9,12) y linolénico (18:3 Δ 9,12,15 ). Los mamíferos no pueden sintetizarlos y por ello se consideran ácidos grasos esenciales debiendo ser provistos por la dieta. El ácido araquidónico (20:4 Δ5, 8, 11, 14 ) es parcialmente esencial ya que el organismo puede sintetizarlo si dispone de ácido linoleico. La nueva doble unión se introduce entre la ya existente y el grupo carboxilo. Los ácidos grasos poliinsaturados integran lípidos estructurales de membranas principalmente mitocondrias, generalmente en la posición 2 de los glicerofosfolípidos. Son precursores de las prostaglandinas, tromboxanos y leucotrienos (moléculas de gran actividad biológica); además participan en la formación de ésteres de colesterol. 36  Fisicoquímica aplicada a la fisiología veterinaria – Digestión y Absorción I DIGESTIÓN Y ABSORCIÓN Bibliografía Blanco, A. (2006 y posteriores). Química Biológica. Buenos Aires: El Ateneo. I Cunningham J. (2014). Fisiología Veterinaria. 5va Ed. Editorial Elsevier. España. De Paula A, De Paula J. (2008). Química Física. 8va. Ed. Editorial Médica Panamericana. Buenos Aires, Argentina. Feduchi E. Blanco I. Romero C. Yañez E. (2015). Bioquímica. Conceptos esenciales. 2da. Ed. Editorial Médica Panamericana. Guyton. (2013). Tratado de Fisiología médica. 13ed. Editorial Elsevier. España. Lehninger A. (2007). Principios de Bioquímica. 5ta Ed. Editorial Omega. 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