Digestión de proteínas en el intestino

Mecanismo de activación en cascada de las peptidasas

Las enzimas proteolíticas son producidas por el páncreas y secretadas hacia la luz del intestino delgado en forma de proenzimas inactivas (zimógenos). Este es un mecanismo evolutivo fundamental que previene la destrucción de las células de la propia glándula.

La activación de las enzimas ocurre mediante un estricto mecanismo en cascada:

1. Inicio: La enzima del jugo intestinal enteropeptidasa actúa sobre el tripsinógeno inactivo, realizando un proteólisis parcial. Como resultado, se forma la tripsina activa.
2. Autocatálisis: La tripsina generada comienza a activar por sí misma nuevas moléculas de tripsinógeno.
3. Activación masiva: La tripsina actúa sobre el resto de los zimógenos pancreáticos, transformándolos en su estado funcional. Así, el quimotripsinógeno se convierte en quimotripsina, la procarboxipeptidasa en carboxipeptidasa y la proelastasa se transforma en elastasa.

La esencia de este mecanismo radica en que una sola enzima activada (la tripsina) pone en marcha de forma avalancha a todo el complejo de proteasas digestivas del jugo pancreático.

Especificidad de sustrato de las enzimas proteolíticas

Las enzimas de digestión proteica poseen una alta especificidad de sustrato. Hidrolizan enlaces peptídicos estrictamente determinados, orientándose según la estructura de los radicales de los aminoácidos vecinos. El trabajo conjunto de todas estas enzimas asegura una escisión eficiente de las cadenas polipeptídicas largas.

Endopeptidasas (hidrolizan enlaces dentro de la cadena polipeptídica):

• Tripsina: Sus blancos son los enlaces formados por los grupos carboxilo de los aminoácidos catiónicos (con carga positiva, básicos). Hidroliza segmentos de cadena del tipo —Arg—X— (arginina) y —Lys—X— (lisina), donde X es cualquier otro aminoácido.
• Quimotripsina: Hidroliza enlaces peptídicos formados por aminoácidos aromáticos: fenilalanina (—Phe—X—), tirosina (—Tyr—X—) y triptófano (—Trp—X—).
• Elastasa: Degrada específicamente el enlace entre glicina y alanina (Gly—Ala).

Exopeptidasas (escinden aminoácidos de los extremos de la molécula):

• Carboxipeptidasas actúan desde el extremo C-terminal. La carboxipeptidasa A escinde aminoácidos hidrófobos, mientras que la carboxipeptidasa B se especializa en lisina y arginina.
• Aminopeptidasa escinde los aminoácidos N-terminales.

La etapa final de la digestión es realizada por dipéptidos y tripéptidos, que hidrolizan los dipéptidos y tripéptidos restantes hasta el nivel de aminoácidos libres.

Cuadro clínico: pancreatitis aguda

Si el mecanismo de secreción de zimógenos inactivos se altera, se produce una patología grave: la pancreatitis aguda. La patogenia se basa en el proceso de autolisis, es decir, la «autodigestión» de los tejidos del páncreas.

El problema comienza con la activación prematura de la tripsina directamente dentro de los conductos y células del órgano. La tripsina actúa como el principal iniciador de la catástrofe, activando la quimotripsina, la elastasa, la fosfolipasa $A_2$ y la lipasa. Las consecuencias de su actividad descontrolada son destructivas:

• Las proteasas (elastasa y quimotripsina) degradan las estructuras proteicas celulares y erosionan las paredes de los vasos sanguíneos, generando un alto riesgo de hemorragias internas.
• La fosfolipasa $A_2$ ejerce un efecto citotóxico al destruir los fosfolípidos de las membranas celulares, lo que conduce a una necrosis tisular extensa.
• La lipasa actúa sobre las células adiposas, provocando una necrosis grasa específica.

Para contrarrestar esta cascada patológica, en medicina se emplean inhibidores de la proteólisis. Los más conocidos son los fármacos a base de aprotinina (por ejemplo, Contrical o Gordox). Se trata de moléculas proteicas que forman complejos extraordinariamente estables e inactivos con los centros activos de las enzimas (uniéndose principalmente a la tripsina). De este modo, bloquean la actividad catalítica de las proteasas y detienen la destrucción del órgano.

Nomenclatura enzimática: el ejemplo de las aminotransferasas

La comprensión de los principios de acción enzimática requiere conocer las reglas de su nomenclatura. El nombre de una enzima suele incluir los nombres de sus sustratos. Un claro ejemplo son las aminotransferasas, cuyo nombre refleja el donante del grupo amino (el aminoácido) y el aceptor del grupo amino (el $\alpha$-cetoácido).

Consideremos la reacción: Glutamato + Oxaloacetato $\rightleftarrows$ $\alpha$-Cetoglutarato + Aspartato

El nombre científico completo de la enzima que cataliza este proceso es glutamato oxaloacetato aminotransferasa. Sin embargo, en la bioquímica y en la práctica clínica se ha consolidado el nombre común derivado de los sustratos de la reacción inversa: aspartato aminotransferasa (ampliamente conocida como AST). Es importante señalar que el nombre del aceptor (en este caso, el $\alpha$-cetoglutarato) suele omitirse en la denominación abreviada, ya que este cetoácido actúa como el aceptor principal y universal de los grupos amino en el organismo humano.

Preguntas de clases y exámenes

Qué más repasar sobre el tema

• Estructura espacial de los centros activos de endopeptidasas y exopeptidasas.
• Mecanismo de acción detallado de la fosfolipasa $A_2$ sobre las bicapas lipídicas de las membranas.
• Bases bioquímicas del efecto citotóxico en la necrosis pancreática.
• Cinética de la activación autocatalítica del tripsinógeno.
• Significado clínico de la determinación de los niveles de AST y otras aminotransferasas en sangre.

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Material preparado por los profesores de WhiteCoat Pro según el plan de estudios de las facultades de medicina. De carácter educativo.