Digestión de los carbohidratos
Los principales carbohidratos de la dieta son almidón, sacarosa, lactosa. El almidón está compuesto por residuos de glucosa unidos por enlaces α-1,4-glucosídicos y α-1,6-glucosídicos.
La degradación del almidón comienza en la cavidad oral bajo la acción de la α-amilasa salival con formación de dextrinas. En el estómago no hay enzimas de hidrólisis de carbohidratos, solo es posible una acción residual de la amilasa salival. En el duodeno, la α-amilasa pancreática descompone el almidón en maltosa (α-1,4) e isomaltosa (α-1,6).
En el borde en cepillo de los enterocitos actúan las glucosidasas de membrana: el complejo sacarasa-isomaltasa hidroliza la maltosa, la isomaltosa y la sacarosa; la lactasa (β-glucosidasa) descompone la lactosa en galactosa y glucosa. La actividad de la lactasa es máxima en los niños y disminuye con la edad, lo que en algunos adultos provoca déficit de lactasa.
Absorción de monosacáridos
- Difusión facilitada a través de transportadores específicos, característica de la fructosa (GLUT5), y también posible para la glucosa y la galactosa.
- Transporte activo secundario con simporte de Na⁺ (SGLT) para la glucosa y la galactosa en contra de gradiente; el gradiente de Na⁺ es mantenido por la Na⁺/K⁺-ATPasa con consumo de ATP.
- Desde el enterocito hacia la sangre, los monosacáridos pasan por difusión facilitada (GLUT2).
La captación de glucosa por las células de los tejidos se realiza mediante proteínas de la familia GLUT. De especial importancia es GLUT4, el transportador dependiente de insulina del tejido muscular y adiposo.
Fosforilación de la glucosa en la célula
Tras entrar en la célula, la glucosa se fosforila inmediatamente a glucosa-6-fosfato. La reacción es catalizada por:
- Hexoquinasa: Kₘ baja (~0,1 mmol/l), funciona en todos los tejidos, es inhibida por su producto, la glucosa-6-fosfato.
- Glucoquinasa: Kₘ alta (~10 mmol/l), es inducida por la insulina, funciona en los hepatocitos y en las células β del páncreas.
La glucosa-6-fosfato es un metabolito nodo y se utiliza para la síntesis de glucógeno, pentosas, otros monosacáridos, aminoácidos, así como para el catabolismo hasta CO₂ y H₂O con formación de ATP o hasta lactato.
Síntesis de glucógeno
La glicogénesis es activa en el periodo absortivo (1–2 horas después de comer). Etapas:
- Glucosa → glucosa-6-fosfato (hexoquinasa/glucoquinasa).
- Glucosa-6-fosfato → glucosa-1-fosfato (fosfoglucomutasa).
- Glucosa-1-fosfato + UTP → UDP-glucosa + pirofosfato (UDP-glucosa piroforforilasa).
- La glucógeno sintasa transfiere el residuo de glucosa desde la UDP-glucosa a un cebador de 5–8 residuos, formando un enlace α-1,4-glucosídico.
- Tras alargar la cadena en ~12 residuos, la enzima ramificadora (amilo-1,4→1,6-glucosidrasa) transfiere un fragmento de 5–6 residuos y forma un enlace α-1,6, el punto de ramificación.
Movilización del glucógeno
El glucogenólisis transcurre en el periodo postabsortivo (10–18 horas de ayuno) y durante la actividad física intensa. La enzima clave es la glucógeno fosforilasa, que escinde los enlaces α-1,4 generando glucosa-1-fosfato. En los puntos de ramificación, cuando quedan 4 residuos, la oligosacaridotransferasa transfiere un fragmento trisacárido a la cadena principal, dejando un residuo unido por un enlace α-1,6. Este enlace es hidrolizado por la α-1,6-glucosidasa, liberando glucosa libre.
La glucosa-1-fosfato se isomeriza a glucosa-6-fosfato. En los músculos se utiliza para necesidades propias (glucólisis). En el hígado, bajo la acción de la glucosa-6-fosfatasa, se forma glucosa libre que pasa a la sangre para mantener la glucemia.
Regulación hormonal
La síntesis y la degradación del glucógeno se regulan recíprocamente mediante la fosforilación de dos enzimas clave: la glucógeno sintasa (activa en su forma desfosforilada) y la glucógeno fosforilasa (activa en su forma fosforilada). El estado se valora mediante el índice insulina-glucagón (IIG).
La insulina (IIG alto, después de comer): a través de un receptor con actividad tirosina cinasa activa la proteín fosfatasa de las partículas de glucógeno, que desfosforila ambas enzimas: la glucógeno sintasa se activa y la glucógeno fosforilasa se inactiva. Paralelamente, la insulina estimula la inserción de GLUT4, induce la glucoquinasa y activa la fosfodiesterasa, que destruye el AMPc.
El glucagón (en el hígado) y la adrenalina (a través de receptores β₂) actúan mediante la proteína G y la adenilato ciclasa: ATP → AMPc → activación de la proteín cinasa A. La PKA fosforila la fosforilasa cinasa, que activa la glucógeno fosforilasa, y al mismo tiempo fosforila la glucógeno sintasa, inactivándola. La adrenalina, a través de los receptores α₁, desencadena la vía del inositol trifosfato y la activación dependiente de Ca²⁺ de la fosforilasa cinasa.
Puntos clave
- El almidón es hidrolizado por las α-amilasas salival y pancreática hasta maltosa e isomaltosa, y posteriormente por las glucosidasas de membrana hasta monosacáridos.
- La glucosa se absorbe por transporte activo secundario con Na⁺ (SGLT) y difusión facilitada; entra a los tejidos a través de GLUT, siendo GLUT4 dependiente de insulina.
- La hexoquinasa tiene una Kₘ baja y es inhibida por su producto; la glucoquinasa tiene una Kₘ alta y es inducida por la insulina.
- La síntesis de glucógeno ocurre a través de la UDP-glucosa; la glucógeno sintasa forma enlaces α-1,4 y la enzima ramificadora forma enlaces α-1,6.
- La degradación es catalizada por la glucógeno fosforilasa; los puntos de ramificación son eliminados por la oligosacaridotransferasa y la α-1,6-glucosidasa.
- Solo el hígado contiene glucosa-6-fosfatasa y aporta glucosa libre a la sangre.
- La insulina activa la glucógeno sintasa mediante desfosforilación; el glucagón y la adrenalina, a través del AMPc y la PKA, activan la degradación e inhiben la síntesis.