Bioquímica del Metabolismo de Carbohidratos: Vías, Regulación Hormonal y Diagnóstico Clínico

Glucólisis: Determinación de la Vía Aeróbica y Anaeróbica

Factores Determinantes

Pregunta: ¿Qué hecho resulta determinante en la elección de la vía aeróbica y anaeróbica? Explícalo.

Respuesta: La presencia o ausencia de oxígeno.

• Vía Aeróbica: En la fase de degradación de la glucólisis se obtiene NADH. En presencia de oxígeno, en la mitocondria, el NADH se utiliza para obtener ATP (energía) y se reoxida a NAD⁺, permitiendo que la glucólisis continúe.
• Vía Anaeróbica (Anaerobiosis): El NAD⁺ necesario se obtiene de otras fuentes, como la transformación del ácido pirúvico en ácido láctico (fermentación láctica).

Reacción Principal de la Glucólisis

Pregunta: Describe la reacción principal de la vía.

Respuesta: Se trata de una reacción redox en la que el grupo aldehído del gliceraldehído-3-fosfato (G3P) se oxida a grupo carboxilo (ácido). Para ello, se reduce una molécula de NAD⁺ a NADH con desprendimiento de energía libre. Esta reacción está catalizada por la gliceraldehído-3-fosfato deshidrogenasa.

Esta enzima, antes de liberar los sustratos, capta una molécula de fosfato inorgánico (Pi) del medio y utiliza la energía liberada para la formación de un enlace de alta energía. El fosfato inorgánico queda unido (formando un grupo acil fosfato) al producto, que es el ácido 1,3-bifosfoglicerato.

Destino del NADH en Condiciones Aeróbicas (Lanzaderas)

Pregunta: Destino del NADH producido en la reacción anterior en condiciones aeróbicas y según el órgano.

Respuesta: El destino final del NADH es la mitocondria, aunque el mecanismo de entrada varía según el tejido:

• Músculo (Lanzadera Glicerol-Fosfato): El NADH, para atravesar la membrana mitocondrial, transfiere sus electrones a FAD, generando FADH₂. Este FADH₂ se oxida a FAD con la reducción final de O₂ a H₂O. La energía desprendida genera 2 ATP por cada FADH₂, resultando en un total de 4 ATP (2 NADH citosólicos generan 2 FADH₂).
• Hígado y Corazón (Lanzadera Malato-Aspartato): El NADH no se modifica y atraviesa la membrana mitocondrial. Cada NADH se oxida a NAD⁺ y sus electrones reducen O₂ a H₂O, desprendiendo energía que genera 3 ATP por cada NADH. Dado que la reacción de glucólisis produce 2 NADH, se obtendrán 6 ATP.

Cadena de Transporte de Electrones (CTE) y Fosforilación Oxidativa

1. Tipo de Reacciones en la CTE

   Pregunta: ¿Qué tipo de reacciones intervienen en la cadena de transporte de electrones?

   Respuesta: Intervienen reacciones redox (reducción-oxidación), donde los electrones originan sucesivas reacciones a lo largo de la cadena proteica. La última reacción implica la reducción de O₂ a H₂O. Estas reacciones desprenden energía, la cual es aprovechada para bombear protones (H⁺) a través de los complejos desde la membrana interna hacia el espacio intermembrana.

2. Oxidación de Coenzimas

   Pregunta: ¿Qué le ocurre al FADH₂ y al NADH?

   Respuesta: Ambos ceden sus electrones, por lo que el FADH₂ se oxidará a FAD y el NADH a NAD⁺.

3. Aceptor Final de Electrones

   Pregunta: En la última reacción, ¿qué sustancia se reduce?

   Respuesta: Se reducirá el O₂ (oxígeno molecular) a H₂O (agua).

4. Aprovechamiento de la Energía

   Pregunta: ¿Cómo se aprovecha la energía liberada en las oxidaciones de los complejos?

   Respuesta: La energía es aprovechada para bombear protones (H⁺) a través de cada uno de los complejos desde la matriz mitocondrial (membrana interna) al espacio intermembrana.

5. Recuperación de la Energía (Síntesis de ATP)

   Pregunta: ¿Cómo se recupera dicha energía?

   Respuesta: La concentración de protones aumenta significativamente en el espacio intermembrana, creando un gradiente electroquímico. Este gradiente favorece el regreso de los protones a la matriz a través de la ATP sintasa, lo que impulsa la síntesis de ATP.

Vía de las Pentosas Fosfato y Precursores de Glucosa

Utilidad de la Vía de las Pentosas Fosfato

Pregunta: Utilidad de la vía de las pentosas fosfato.

Respuesta: La utilidad principal consiste en:

1. Producir NADPH a partir de NADP⁺, esencial para las reacciones de biosíntesis reductora (ej. síntesis de ácidos grasos).
2. Obtener azúcares de 5 átomos de carbono (ribosa-5-fosfato), necesarios para la síntesis de ácidos nucleicos (ADN y ARN).

Metabolitos Precursores de Glucosa (Gluconeogénesis)

Pregunta: ¿Qué metabolitos pueden dar glucosa y de dónde proceden?

• Lactato: Procede de la glucosa muscular (vía anaeróbica).
• Glicerol: Procede de las grasas (triglicéridos).
• Aminoácidos (AA): Proceden de la degradación de proteínas.

Regulación Metabólica: Estado Postprandial (Insulina)

Acción Hormonal

Pregunta: ¿Qué hormona se libera? ¿Con qué objetivo?

Respuesta: La hormona liberada es la insulina, con el objetivo de disminuir la glucemia (concentración de glucosa en sangre).

Efectos Hepáticos

Pregunta: ¿Qué vías se activan en el hígado como consecuencia de la acción hormonal? ¿Qué enzima común a ambas vías está activada? ¿Cuál es la función de esta enzima?

Respuesta: Las vías que se activan son la glucólisis y la gluconeogénesis (según el documento original). La enzima común activada es la hexoquinasa o glucoquinasa. Su función es fosforilar la glucosa para que quede retenida en el interior de la célula y pueda entrar en las vías metabólicas.

Metabolismo de Lípidos

Pregunta: ¿Qué consecuencias para el metabolismo de los lípidos tiene la activación de estas vías?

Respuesta: La consecuencia final es la formación de triglicéridos. El aumento de la glucólisis produce un incremento de ciertos intermediarios metabólicos, entre ellos la dihidroxiacetona fosfato (DHAP) y el acetil-CoA, los cuales darán lugar a glicerol y ácidos grasos, respectivamente.

Coordinación en el Tejido Graso

Pregunta: ¿Cómo se coordina la acción hormonal en el tejido graso y cuál es el resultado final?

Respuesta: En el tejido graso, la insulina aumenta la entrada de glucosa e inhibe la lipasa. La glucosa origina DHAP, que es el precursor del glicerol. Los triglicéridos acumulados en el hígado viajan hacia el tejido graso en el interior de lipoproteínas denominadas VLDL (Lipoproteínas de Muy Baja Densidad).

Al llegar al tejido graso, la VLDL libera los ácidos grasos que penetran en el interior de los adipocitos. El glicerol procedente de la glucosa y los ácidos grasos del hígado darán lugar a los triglicéridos, los cuales quedarán acumulados en el tejido graso.

Metabolismo de Aminoácidos

Pregunta: ¿Qué consecuencias para el metabolismo de los aminoácidos tiene la activación de estas vías?

Respuesta: El aumento de la glucólisis produce el aumento de ciertos intermediarios del ciclo de Krebs que dan origen a aminoácidos, entre ellos el oxalacetato. Estos aminoácidos serán liberados a la sangre.

Coordinación en el Músculo

Pregunta: ¿Cómo se coordina la acción hormonal en el músculo y cuál es el resultado final?

Respuesta: La insulina favorece la entrada de aminoácidos y la síntesis de proteínas. Esto conduce a un depósito de proteínas en el músculo.

Regulación Metabólica: Estado de Ayuno (Glucagón)

Acción Hormonal

Pregunta: ¿Qué hormona se libera? ¿Con qué objetivo?

Respuesta: La hormona liberada es el glucagón, cuyo objetivo es aumentar la glucemia.

Efectos Hepáticos

Pregunta: ¿Qué vías se activan en el hígado como consecuencia de la acción hormonal? ¿Qué enzima común a ambas vías está activada? ¿Cuál es la función de esta enzima?

Respuesta: En el hígado se activan la glucogenólisis y la gluconeogénesis. La enzima clave es la glucosa-6-fosfatasa, cuya función es eliminar el fosfato de la glucosa-6-fosfato para que los hepatocitos puedan liberar glucosa libre a la sangre.

Consecuencias de la Activación

Pregunta: ¿Qué consecuencias tiene la activación de estas vías?

Respuesta: La gluconeogénesis en el hígado resulta en la disminución de los precursores de la glucosa (piruvato, oxalacetato y acetil-CoA) al ser utilizados para la síntesis de glucosa.

Efecto en Adipocitos, Músculo e Hígado

Pregunta: ¿Qué efecto ejerce la acción hormonal en los adipocitos y qué efecto tiene esto sobre el músculo e hígado?

Respuesta: El glucagón estimula la lipasa, que degrada los triglicéridos en ácidos grasos y glicerol. Los ácidos grasos se exportan a la sangre unidos a la albúmina y se dirigen a todos los tejidos, excepto al cerebro.

• Músculo: Los ácidos grasos son el combustible fundamental, proporcionando acetil-CoA que penetra en el ciclo de Krebs.
• Hígado: Los ácidos grasos también llegan y producen acetil-CoA. Sin embargo, al no haber oxalacetato disponible (utilizado en gluconeogénesis), el acetil-CoA no puede penetrar en el ciclo de Krebs. Este exceso de acetil-CoA se aprovecha para formar cuerpos cetónicos, que son el combustible principal en esta situación de ayuno para el corazón y el cerebro.

Uso de Combustibles

Pregunta: ¿Qué resultado final tiene todo este proceso en cuanto al uso de combustibles por los tejidos?

Respuesta:

• Músculo y la mayoría de los tejidos: Utilizan ácidos grasos.
• Cerebro: Utiliza glucosa y cuerpos cetónicos.
• Corazón: Utiliza ácidos grasos y cuerpos cetónicos.

Pruebas Basales para el Estudio de Carbohidratos

Instrucción: De cada una de las pruebas basales del estudio de los hidratos de carbono, indicar: Naturaleza química del analito, Utilidad clínica, y Técnica y método de determinación.

Prueba de Tolerancia a la Glucosa (PTG) y Método de O’Sullivan

Utilidad Diagnóstica

• Diagnóstico de diabetes mellitus.
• Detección de diabetes precoz en mujeres embarazadas (Diabetes Mellitus Gestacional – DMG).

Condiciones Preanalíticas

• Dieta rica en glúcidos durante 3 días previos.
• Ayuno de 10 horas antes de la prueba.
• Para el screening de DMG (Método de O’Sullivan), se toma una sobrecarga de 50 gramos de glucosa por vía oral.

Proceso de Toma de Muestras

Se toma una muestra de sangre basal. Luego, se administra la ingesta de sobrecarga de glucosa (la cantidad varía según el protocolo y la edad/condición).

• Protocolo Estándar: Realizar mediciones de glucosa cada 30 minutos hasta los 180 minutos.
• Protocolo O’Sullivan (Screening): Realizar una extracción de sangre pasada 1 hora después de la sobrecarga de 50g.

Interpretación

• Si los valores no regresan a los niveles basales, se puede diagnosticar intolerancia a la glucosa o diabetes.
• Valores superiores a 140 mg/dL (en el screening de 1 hora) indican la necesidad de realizar la prueba completa de sobrecarga con 100 g de glucosa.
• Valores elevados en 2 o más puntos de la prueba completa confirman el diagnóstico de Diabetes Mellitus Gestacional (DMG).

Determinaciones Significativas en Casos Clínicos

Pregunta: ¿Qué determinaciones serían significativas en los siguientes casos y cuál es el resultado esperado?

• Paciente con sospecha de posible diabetes: Glucosa basal y Prueba de Sobrecarga de Glucosa (mediciones a 30, 60, 90 y 180 minutos).
• Confirmación de diabetes tipo 2: Prueba de la Insulina (para evaluar la resistencia o deficiencia).
• Paciente diabético tratado con insulina que presenta hipoglucemia: Péptido C (si el Péptido C es bajo, la hipoglucemia es exógena; si es alto, es endógena).
• Paciente diabético que no cumple la dieta adecuada: Hemoglobina Glicosilada (HbA1c) o Fructosamina.
• Sospecha de daño renal en un paciente diabético: Creatinina o Microalbúmina (Microalbuminuria).