Metabolismo

Metabolismo de los glúcidos

La fermentación láctica es una ruta metabólica anaeróbica que ocurre en el citosol de la célula, en la cual se oxida parcialmente laglucosa para obtener energía y donde el producto de desecho es el ácido láctico.

Este proceso lo realizan muchos tipos de bacterias (llamadas bacterias lácticas),¹ hongos, algunos protozoos y muchos tejidosanimales; en efecto, la fermentación láctica también se verifica en el tejido muscular cuando, a causa de una intensa actividad motora, no se produce una aportación adecuada de oxígeno que permita el desarrollo de la respiración aeróbica. Cuando el ácido láctico se acumula en las células musculares produce síntomas asociados con la fatiga muscular. Algunas células, como loseritrocitos, carecen de mitocondrias de manera que se ven obligadas a obtener energía por medio de la fermentación láctica; por el contrario, el parénquima muere rápidamente ya que no fermenta, y su única fuente de energía es la respiración aeróbica.

Por cada molécula de glucosa que se degrada mediante fermentación láctica, se obtienen como productos dos ATP y dos moléculas de ácido láctico.

Fermentación Láctica

La fermentación láctica es causada por algunos hongos y bacterias. El ácido láctico más importante que producen las bacterias es el lactobacillus. Otras bacterias que produce el ácido láctico son: Leuconostoc mesenteroides, Pediococcus cerevisiae, Estreptococo lactis y Bifidobacterium bifidus.

La fermentación láctica es usada en todo el mundo para producir variedad de comidas:

• Mundo Occidental: yogur, panes de pan fermentado, chucrut, encurtidos de pepino y aceitunas.
• Medio Oriente: verduras en ecabeche
• Corea: kimchi (mezcla fermentada de col china, rábanos, rojo Pimienta, ajo y jengibre)
• Rusia: kéfir
• Egipto: rayab de laban y zeer de laban (leche fermentada), kishk (mezcla de leche fermentada y cereal)
• Nigeria: gari (mandioca ó yuca fermentada)
• Sudáfrica: magou (avena de maíz fermentada)
• Tailandia: nham (cerdo fresco fermentado)
• Filipinas: balao de balao (mezcla de langostino y arroz fermentado)

La presencia del ácido láctico, producido durante la fermentación láctica es responsable del sabor amargo, y de mejorar la estabilidad y seguridad microbiológica del alimento. Este ácido láctico fermentado es responsable del sabor amargo de productos lácteos como el queso, yogurt y el kefir. El ácido láctico fermentado también da el sabor amargo para fermentar vegetales, tales como los tradicionales pikles, y sauerkraut. El azúcar en las coles son convertidas en ácido láctico y usado como preservante.

Fermentación de Yogur

El yogur se hace fermentando la leche con bacterias compatibles, principalmente Lactobacillus bulgaricus y Estreptococo thermophilus. El yogurt fermentado fue inventado probablemente, por tribus balcánicas hace miles de años. El yogur era solo un alimento de Europa Oriental hasta los años 1900s, cuándo el biólogo Mechnikov creó la teoría de que esas bacterias lactobacillus del yogur eran responsables de la longevidad de las personas de Bulgaria. La leche azucarada o lactosa son fermentadas por estas bacterias y se forma el ácido láctico el cual da origen a la formación de la cuajada. El ácido también restringe el crecimiento de bacterias que causan descomposición del alimento. Durante la fermentación del yogur, se generan algunos sabores, que le dan especial característica. El yogur puede ser hecho en casa, usando un yogur vivo como iniciador. Para hacer su propio yogur, siga el siguiente procedimiento. Lleve la leche a su punto de ebullición y enfríela, bajando la temperatura a rangos entre 40-45C. Vierta esta leche en un recipiente esterilizado y ponga 100 ml de yogur vivo por cada litro. Mezcle con una cuchara esterilizada, e incubar a 40-44C durante 4 a 6 horas o hasta que el yogur esté listo. Coloque el yogur en el refrigerador. Si usted trabaja, bajo condiciones higiénicas, usted puede usar su propio yogur como un iniciador para los próximos lotes.

Fermentación de Magou

El magou es muy popular en Sudáfrica, especialmente entre las personas bantúes. Magou proviene de la fementación de la avena de maíz. Para hacer magou, debe cocinarse un 10% de lechada de maíz, luego enfriar e inocular con harina de trigo. El magou también es producido a escala industrial y empacado en cajas de cartón. En el proceso, el magou es inoculado con Lactobacillus delbreuckii.

Fermentación de Kéfir

El kéfir es un producto lácteo fermentado originado en la región del Cáucazo. La fermentación de kéfir es similar a la fermentación de yogur. El yogur es solamente fermentado por bacterias, en cambio el kéfir involucra bacterias y también levaduras. Estas levaduras producen alcohol y dióxido de carbono, que dan al kéfir su típico aspecto gaseoso. Kéfir es inoculado con granos de kéfir especiales. Estos granos son mezclas de bacterias y levaduras en una matriz de proteínas, lípidos y carbohidratos. La fermentación de kéfir es hecha a temperatura ambiente, que hace el proceso más fácil. Por otro lado, no a todos les gusta el sabor de kéfir.

La fructosa es un azúcar que se deriva, principalmente, de la sacarosa. Una vez consumido por el organismo, la fructosa puede catabolizarse de dos formas: 1) Se convierte enfructosa 6-fosfato, sustrato de la glucólisis; o 2) Se vuelve fructosa 1-fosfato en el hígado. Por cualquiera de las dos formas, los productos del metabolismo de la fructosa terminan como sustratos que participan, directa o indirectamente, en la glucólisis.Cuando la fructosa entra en el cuerpo puede ser fosforilada por dos enzimas diferentes: las hexoquinasas o las fructoquinasas. Las hexoquinasas son las responsables de las síntesis de Fructosa 6-fosfato en el músculo. En cambio, las fructoquinasas se encargan del producir fructosa 1-fostato en el hígado. Dado que la afinidad de la fructosa por las fructoquinasas es mayor que por las hexoquinasas, el metabolismo de dicho monosacárido tiende a la producción de fructosa 1-fosfato.

Los productos de la fructosa pueden entrar en la glucólisis y producir piruvato e, indirectamente, triglicéridos

La fructosa 1-fosfato produce Gliceraldehido y Dihidroxiacetona-fosfato (DHAP) por medio d la acción de una aldolasa. Esa enzima es igualmente funcional para la producción de gliceraldehido 3-fosfato (G3P)y DHAP a partir de fructosa 6-fosfato.

El gliceraldehido producido, por medio de la acción de la gliceraldehido quinasa, se fosforila a G3P. Mienstras tanto, la DHAP se isomeriza a G3P con ayuda de la triosafosfato isomerasa. De esta forma, con el metabolismo de la fructosa se producen 2 G3P, que son usados en la glucólisis para la producción de energía.

Las dietas que contienen grandes cantidades de sacarosa (un disacárido de glucosa y fructosa) puede utilizar la fructosa como fuente principal de energía. Cabe señalar que la diferencia entre la cantidad de fructosa disponible a partir de sacarosa obtenido a partir de azúcares de caña o de remolacha no es significativamente inferior que la de jarabe de maíz. El jarabe de maíz es un poco mal identificado como jarabe de maíz de alta fructosa (JMAF; siglas en Inglés: HFCS), dando la impresión de que contiene una gran cantidad de fructosa. Sin embargo, mientras que el contenido de fructosa de la sacarosa es 50% (ya que es un disacárido puro de sólo glucosa y fructosa), el contenido en fructosa es sólo 55%. La razón JMAF tiene más de 50% de fructosa es debido a que el fructosa extraída de almidón de maíz es enzimáticamente tratada para convertir parte de la glucosa en fructosa. este se realiza con el fin de hacer que el azúcar más dulce por lo que es particularmente popular en la industria alimentaria. Por lo tanto, cualquier trastorno y / o disfunción (véase más adelante), que se atribuye al consumo de fructosa, puede ser manifiesto si se consume azúcar de caña o de remolacha o JMAF.

La vía a la utilización de fructosa difiere en el músculo y el hígado debido al diferencial distribución de fructosa enzimas fosforilantes. Hexoquinasas son una familia de enzimas que fosforilan hexosa azúcares tales como glucosa. Cuatro de las isoenzimas de mamíferos se conocen hexoquinasa (Tipos I-IV), con el Tipo IV isozima refiere a menudo como la glucoquinasa. La glucoquinasa es la forma de la enzima se encuentra en los hepatocitos y las β-células pancreáticas. Varios de los hexoquinasas (pero no de tipo IV) puede fosforilar diversos hexosas diferentes, incluyendo fructosa. Además de hexoquinasas, la fructosa puede ser fosforilada por fructokinases. Fructokinases se les denomine oficialmente como ketohexokinases (KHK). Hay dos formas de KHK en mamíferos que resultado de splicing alternativo del gen KHK. Estas dos isoformas se llaman KHK-A y KHK-C. Expresión de KHK-C se observa principalmente en el hígado, el páncreas, los riñones y los intestinos. Expresión de KHK-A es más ubicuo y se expresa en altos niveles en el músculo esquelético. Aunque tanto KHK-C y pueden KHK-A metabolizar fructosa, KHK-C se considera que es la principal enzima involucrada en el metabolismo de la fructosa, ya que sus K_M para la fructosa es mucho menor que la de la KHK-A isoforma. Debido a su alto K_M para la fructosa no es alguna pregunta acerca de si o no KHK-A fructosa activamente metaboliza in vivo.

muscular, el cual contiene dos tipos de hexoquinasa (tipo I y tipo II), puede fosforilar la fructosa para que F6P es una consecuencia directa intermediario glicolítico. Sin embargo, la afinidad de la hexoquinasa para la fructosa es sustancialmente menor que la de fructocinasa.

En el hígado, que contiene principalmente glucoquinasa (hexoquinasa tipo IV), que es específico para la glucosa como su "sustrato, existe el requisito de KHK para utilizar fructosa en la glicolisis. Hepática KHK-C fosforila la fructosa en la C-1 produciendo fructosa-1-fosfato (F1P). En la forma de hígado aldolasa que predomina (aldolasa B) se puede utilizar tanto F-1,6-BP y F1P como sustratos. Por lo tanto, cuando se le presenta F1P la enzima genera DHAP y gliceraldehido. La DHAP se convierte, por la triosa fosfato isomerasa, a G3P y entra en la glicólisis. El gliceraldehído puede ser fosforilada por la quinasa de G3P gliceraldehído o convertidos a DHAP a través de las acciones concertadas de la alcohol deshidrogenasa, la cinasa de glicerol y glicerol fosfato deshidrogenasa.

Como se señaló en la página Glucólisis, la glucosa es el combustible primario utilizado para la producción de energía en el cerebro. Cuando la glucosa se ​​metaboliza en el hipotálamo, una vía de señalización se inicia la que culmina con la supresión de la ingesta de alimentos. Una información más detallada sobre la función del hipotálamo en el control de la ingesta de alimentos se pueden encontrar en el página Gut Interrelaciones del Cerebro. Los principales participantes en esta cascada de señalización incluye AMPK, acetil-CoA carboxilasa (ACC) y el producto de la ACC, malonil-CoA. El mecanismo por el cual la AMPK y el CAC están regulados, en última instancia, dando lugar a alteración de los niveles de malonil-CoA se detallan en la página de Síntesis de Lípidos. Brevemente, activación de los resultados de AMPK en la fosforilación del CAC que resulta en una menor actividad de la enzima último. A la inversa, cuando cae la AMPK activty el estado de fosforilación de la ACC se cae dando lugar a una mayor producción de malonil-CoA. Cuando se incrementa la oxidación de glucosa en el hipotálamo hay una defosforilación resultante y la inactivación de la AMPK y por lo tanto la activación de la ACC. El aumento resultante en el hipotálamo malonil-CoA se correlaciona con la reducción expresión de varios péptidos orexigénicos (por ejemplo, la ghrelina, NPY y AgRP) concomitante con la expresión activa de la varios péptidos anorexígenos (por ejemplo, α-MSH y CART). Estos cambios en el resultado de la expresión de neuropéptidos en la supresión de la ingesta de alimentos al mismo tiempo aumentar el gasto de energía en general.

En contraste con el efecto anorexígeno de metabolismo de la glucosa hipotálamo, el metabolismo de la fructosa en el cerebro ejerce un efecto orexígeno. Aunque el mecanismo general por el cual fructosa ejerce este efecto orexígeno son complejos es debido, en parte, al hecho de que el cerebro, como el hígado, poseen un conjunto único de los transportadores de azúcar y enzimas que metabolizan que permite a la fructosa para evitar el paso de la PFK-1 catalizada de la glicólisis. La PFK-1 es la reacción catalizada por el paso limitante de la glucólisis y es fundamental en la regulación global de la producción de ATP y el consumo. Desde hipotálamo metabolismo de la fructosa para superar esta paso regulador importante de su "metabolismo rápido elimina el ATP en el hipotálamo. Cuando los niveles de ATP caer hay un concomitante aumento de la AMP que se traduce en la activación de la AMPK. La activación de AMPK resultados en la fosforilación y la inhibición del CAC, que luego se traduce en la disminución de los niveles de malonil-CoA en el hipotálamo. Por lo tanto, aunque la glucosa y la fructosa utilizar la misma vía de señalización para controlar la ingestión de alimentos que actúan de una manera inversa y tienen efectos recíprocos en el nivel de hipotálamo malonil-CoA.

Numerosos experimentos en animales han implicado malonil-CoA como un intermedio clave en la regulación de la alimentación el comportamiento y el balance energético global iniciada a través de cascadas de señalización en el hipotálamo. La evidencia inicial demostración de esta función de malonil-CoA fue el hallazgo de que la inhibición de la sintasa de ácidos grasos (siglas en Inglés: FAS) suprimió la ingesta de alimentos. FAS es la principal enzima en la de novo la biosíntesis de los ácidos grasos. El antibiótico fúngico, cerulenina, y una relacionada análogo C75, se unen al sitio activo de su FAS inhibiendo con ello la actividad. Cuando estos compuestos se administran a ratones hay una disminución resultante en la ingesta de alimentos. Dado que la inhibición de FAS se espera que resulte en una acumulación de su sustrato, malonil-CoA, se sospechaba que malonil-CoA puede ser un participante en los efectos observados. De hecho, intracerebrovascular (icv) de inyección de C75 resulta en un mayor nivel de hipotálamo malonil-CoA. Es importante destacar que este efecto puede ser invertido por los inhibidores del CAC, la enzima que sintetiza malonil-CoA a partir de acetil- CoA. Investigaciones posteriores demostraron que los efectos anorexígenos de los inhibidores de FAS se debió a su capacidad de suprimir rápidamente la expresión hipotalámica de NPY y AgRP, dos péptidos orexigénicos clave, al tiempo que aumenta la expresión de α-MSH y CART, dos péptidos anorexígenos clave.

Malonil-CoA en el hipotálamo niveles se correlacionan bien con el estado nutricional. La síntesis de ácidos grasos en otros tejidos, tales como el hígado y el tejido adiposo, se produce principalmente durante el excedente de energía. Malonil-CoA, regula la energía metabolismo en el hígado a través de dos mecanismos opuestos. Sirve como sustrato para la FAS durante de novo síntesis de ácidos grasos, mientras que al mismo tiempo la inhibición de la oxidación mitocondrial de los ácidos grasos a través de su "acción como un inhibidor alostérico de carnitina palmitoil 1 (CPT1). La inhibición de CPT1 por malonil-CoA evita la entrada de ácidos grasos en la mitocondria, lo que inhibir la oxidación. Durante los períodos en que el gasto de energía excede el consumo, como por ejemplo durante el ayuno, los niveles de malonil-CoA en el hipotálamo son bajos. Tras la ingesta de alimentos que hay un rápido aumento de hipotálamo los niveles de malonil-CoA. Los cambios en el hipotálamo los niveles de malonil-CoA son seguidos rápidamente por los cambios en la expresión de orexígeno y anorexígenos péptidos. En el NPY ayunas y los niveles de PRA son altos, mientras que α-MSH y los niveles de compra son bajos. a volver a la alimentación de este patrón se invierte de inmediato.

La manipulación genética de hipotálamo los niveles de malonil-CoA también ha sido informativo. Por ejemplo, la interrupción de FAS la expresión génica en los resultados del hipotálamo en el aumento de los niveles de malonil-CoA y disminuciones en el peso corporal y el contenido de grasa. Concomitante con interrupción de la expresión génica hipotalámico FAS es un aumento en la concentración de malonil-CoA. Además, los niveles de péptidos orexigénicos disminuir mientras que los niveles de péptidos anorexígenos Aumentar interlineado a la supresión de la ingesta de alimentos. Por el contrario, la manipulación genética de la expresión de malonil-CoA descarboxilasa (siglas en Inglés: MCD) tiene los efectos opuestos a los los que se ven por la alteración de la expresión de FAS. MCD funciones en oposición a ACC en que es responsable de la conversión de malonil-CoA en acetil-CoA. De hecho el CAC y el MCD son recíprocamente regulados para asegurar la adecuada regulación de la síntesis de ácidos grasos y oxidación de ácidos grasos. La sobreexpresión de MCD en los resultados del hipotálamo en el aumento de la ingesta alimentaria y el peso corporal y también un aumento marcado en el contenido de grasa corporal (adiposidad). Además, cuando la expresión MCD se incrementa en el hipotálamo hay una inhibición observada del inhibidor FAS (C75)-inducida por la supresión de la ingesta de alimentos. Estos resultados obtenido con la expresión forzada de MCD proporcionan una fuerte evidencia de que hipotalámico malonil-CoA actúa como un indicador del estado de la energía y participa en la regulación de la conducta alimentaria. Además, estos resultados indican que malonil-CoA, en lugar de ácidos grasos, es el efector que regula la homeostasis de la energía.

El consumo de fructosa ha demostrado ser altamente correlacionada con el desarrollo de la diabetes, la obesidad y el síndrome metabólico. El consumo de bebidas no alcohólicas (alto en JMAF) está asociada con una mayor riesgo de obesidad en los adolescentes y para la diabetes tipo 2 en mujeres jóvenes y de mediana edad. El exceso de fruta zumo (también rico en fructosa) está asociada con el desarrollo de la obesidad en los niños. Una distinción entre metabolismo de fructosa y glucosa es que el metabolismo de la fructosa conduce a aumentos en la concentración sérica de ácido úrico. El aumento de la producción de ácido úrico, como resultado del metabolismo de la fructosa está relacionada con la actividad de KHK. La actividad de KHK es diferente de los otros hexoquinasas en virtud del hecho de que induce transitoria depleción de ATP en la célula. El mecanismo es debido al hecho de que KHK rápidamente fosforila fructosa a fructosa-1-fosfato resultante en marcada depleción de ATP. La actividad de KHK no está sujeta a alimentar-atrás inhibición tal como es el caso para el metabolismo de la glucosa, por tanto, la depleción de ATP es profunda. Dado que la mayoría de metabolismo de la fructosa se produce en el hígado, los efectos de esta depleción de ATP se ejerce sobre numerosos procesos metabólicos importantes heptaic. El agotamiento de ATP también se asocia con pérdida de fosfato intracelular y un aumento espectacular en la generación de AMP. Ambos este último estimulan la actividad de la degradación de nucleótidos de purina desaminasa catabólica enzima AMP creciente de AMP finalmente a ácido úrico.

Elevado de ácido úrico en suero es un buen predictor para el desarrollo de la obesidad y la hipertensión. El ácido úrico es el producto derivado de catabolismo de nucleótidos de purina. La gota es un trastorno que está relacionado con el exceso de producción y la deposición de cristales de ácido úrico con la causa de la hiperuricemia es la gota. Por lo tanto, el consumo excesivo de fructosa también puede resultar en, y exacerbar síntomas de la gota.

El consumo de fructosa en animales de laboratorio, los resultados de desarrollo en sus varias características del síndrome metabólico, incluyendo la obesidad, la acumulación de grasa visceral, hígado graso, y niveles elevados de insulina y los niveles de leptina. Es probable que el aumento en el consumo de fructosa, la leptina siguiente representa la resistencia a la leptina, lo que podría explicar la aumento de la ingesta de alimentos se observa en los animales alimentados con fructosa. Todos estos fenómenos asociados con el consumo de fructosa, incluyendo hiperuricemia, puede ser bloqueado en animales de laboratorio cuando ambos KHK-C y KHK-A isoformas se eliminan. La relación entre el metabolismo de la fructosa-mediada por la hiperuricemia y el desarrollo del síndrome metabólico puede también se demuestra por el hecho de que el tratamiento de animales con alopurinol, un fármaco utilizado para disminuir los niveles de ácido úrico en los pacientes de gota, previene parcialmente el síndrome metabólico inducida por la fructosa.