Metabolismo de los glúcidos
Los transportadores de glucosa (GLUT o SLC2A) son una familia de proteínas de membrana que se ubican en la mayoría de las células de los mamíferos.La glucosa es un sustrato esencial en el metabolismo de la mayoría de las células que, por razón de la polaridad de la molécula, su transporte a través de las membranas biológicas requiere de proteínas transportadores específicas. El transporte de la glucosa, así como de otros solutos, a través de la membrana celular puede dividirse en dos grandes tipos, el transporte activo y el transporte pasivo.El transporte de la glucosa a través de la membrana apical del intestino, en el plexo coroide (sitio en el encéfalo donde se reabsorbe el LCF), y en las células epiteliales de los tubulos renales, debe hacerse por medio de proteínas transportadoras.1 En bacterias el sistema más extendido y eficiente de transporte de azúcares es el sistema fosfotransferasa (PTS) descrito por Kundig en 1964.La difusión facilitada de la glucosa a través de la membrana celular es catalizada por transportadores de glucosa GLUT o SLC2 (por sus siglas en inglés: Solute Carrier Family 2) que pertenecen a la superfamilia de transportadores facilitadores y que incluyen aniones inorgánicos y transportadores de cationes, el transportador de hexosas enlevaduras, el cotransportador de hexosa/H+ en plantas y el cotransportador bacteriano de azúcar/H+.3 El transporte de moléculas por parte de estas proteínas transportadores es un ejemplo de difusión facilitada y no requiere del ATP para el mecanismo de su transporte.
MECANISMOS MOLECULARES QUE INTERVIENEN EN EL MECANISMO DE TRANSPORTE DE GLUCOSA
La entrada de glucosa través de las membranas celulares viene dada a partir de dos proteínas transportadoras: en primer lugar las proteínas transportadoras de sodio (SGLT) las cuales generalmente se encuentran en el tejido epitelial digestivo donde se absorben y reabsorben nutrientes y en segundo lugar los sistemas transportadores de glucosa (GLUT) que se encuentran en todas las células del organismo, ambos transportadores van a cumplir una función de importancia, ya que al transportar la glucosa promueven la iniciación de las diferentes rutas metabólicas.
La glucosa es la sustancia responsable de proporcionarle energía a una serie de organismos y a su vez a las células que lo componen, por lo cual el transporte de glucosa va a convertirse en un proceso vital para la homeostasis celular y las rutas metabólicas.
Obtención y absorción de carbohidratos
Anteriormente se había mencionado que en el epitelio intestinal se llevaba a cabo la absorción y reabsorción de glucosa, específicamente en el duodeno y en la parte superior del yeyuno del intestino delgado, a partir de aquí la glucosa va a pasar a dichas células en contra del gradiente de concentración a través del sodio, este a través de un co transporte le va a proporcionar a la glucosa la fuerza necesaria para atravesar la membrana y llegar al interior celular, este contenido de sodio se va a mantener gracias a la bomba sodio potasio ATPasa (NA+ /+K), posterior a que la glucosa ya logró entrar a la célula por medio de sodio, este va a ser bombeado hacia el exterior de la célula, y de esta forma se va a mantener el gradiente a favor del sodio de manera que el mismo pueda entrar de nuevo a la célula. Ya dentro de la célula, la glucosa va a dirigirse hacia el sistema sanguíneo intestinal por medio de difusión.
Regulación de la glucosa plasmática
La glucosa no solamente proviene de los alimentos que ingerimos, sino que también proviene de la neoglucogénesis a nivel del hígado, y también a partir del glucógeno almacenado, en conclusión estos mecanismos van a ser de importancia para el mantenimiento de la glucosa en la sangre y el equilibrio de la misma. Estos niveles de glucosas en sangre pueden verse bien estimulados o inhibidos mediante la acción de varias hormonas, como el glucagón, la adrenalina, el cortisol y la insulina. La insulina a diferencia de las demás va a ser la responsable de disminuir los niveles de glucosa en sangre por medio de transportadores de glucosa GLUT, ya que va a inducir que estos se unan a las superficies de las membranas plasmáticas de células musculares, adiposas y hepáticas, de modo, que la glucosa se almacene en estos tejidos, y baja su concentración sanguínea.
Mecanismos de transporte de glucosa
La glucosa además de ser transportada mediante la bomba sodio potasio ATPasa, entra a las células como ya se mencionó por los transportadores de glucosa GLUT, los que van a constituir la primera vía por la cual la glucosa entra a las células a favor del gradiente de concentración, es decir mediante difusión facilitada. Hasta el momento se ha descubierto 14 tipos de transportadores GLUT, distribuidos en diferentes tejidos.
Transportadores de glucosa asociados a sodio (Na+)
Estos transportadores median la entrada de glucosa a través de sodio en contra del gradiente de concentración. La familia de genes que codifican para dichos transportadores se les llama acarreadores del grupo 5A(SLC5A), los cuales incluyen a los transportadores de glucosa a nivel intestinal y renal SGLT1(SLC5A1), SGLT2(SLC5A2) al SGLT3 (SLC5A4) al cual se le considera censor de la glucosa sobre todo a nivel muscular. Este grupo también incluye a otros transportadores, los cuales van a dirigir en vez de glucosa a otras sustancias como inositol, yodo y multivitaminas.
Estos transportadores de tipo SGLT poseen una estructura compuesta por catorce cruces transmembranales de tipo alfa hélice, con sus grupos amino terminal cerca de donde se realiza el transporte de Na+ y carboxilo terminal cerca de donde se realiza el transporte de glucosa, estos grupos amino y carboxilo terminal se encuentran en la superficie externa de la membrana, a su vez estos transportadores poseen un sitio de glicosilación entre los segmentos seis y siete. La interacción de este tipo de transportadores con el sodio va a promover un cambio conformacional en ellos aumentando así su afinidad por la glucosa.
El transportador SGLT1: este transportador posee una Km de 0,3, la km es la constante de michaellis menten, que se expresa en concentraciones, al ser la Km de este transportador baja quiere decir que el mismo posee alta afinidad por la glucosa, a su vez este transporta glucosa por cada dos sodios y va a estar presente principalmente en el intestino, corazón y riñón. La deficiencia congénita de estos puede provocar el síndrome de mala absorción de glucosa, lo que va a acarrear varios síntomas consigo entre ellos la diarrea, a menos que se que eliminen de la dieta diversos carbohidratos, es importante destacar que esto generalmente se observa en neonatos.
El transportador SGLT2: posee una similitud de alrededor 59% con el SGLT1. Posee un Km mas alto de 1.63 transporta una molécula de glucosa por cada sodio. Se sitúa principalmente en los túmulos contorneados proximales de las nefronas en donde absorbe la glucosa ya filtrada. La deficiencia congénita de estos produce glucosuria renal primaria, que consiste en que presentan niveles de glucosa en sangre normales, resultados de tolerancia oral a la lactosa, pero presentan glucosuria persistente, es decir niveles elevados de glucosa en la orina.
El transportador SGLT3: posee una similitud de 70% con el SGLT1, transporta dos sodios por molécula de glucosa, tiene un km de 6, lo que quiere decir que tiene una afinidad no tan alta por la glucosa. Se encuentra principalmente en las neuronas colinérgicas del plexo mientérico y submucoso del intestino delgado y en las uniones neuromusculares del músculo esquelético. No se conocen patologías asociadas a este transportador.
Transportadores de glucosa GLUT:
Son proteínas encargas del transporte de la glucosa al interior celular. Se han identificado 14 tipos de GLUT, divididos a su vez en tres tipos de familia de acuerdo a sus funciones, su especificidad de sustrato y su Km etc.
Clasificación de los GLUT
Los GLUT DE CLASE 1: se componen de GLUT-1 a GLUT-4 y recientemente al GLUT-14.
GLUT1: se expresa en los eritrocitos, en las células endoteliales del cerebro y en las neuronas, posee un Km de 1 a 2, en el músculo esquelético se encuentra en mayor expresión durante la gestación y disminuye después del nacimiento. En el riñón se ha encontrado en todos los segmentos de la nefrona.
GLUT-2: posee una km de 17 lo que quiere decir que posee muy poca afinidad por la glucosa, se encuentran principalmente en el riñón, el hígado, el páncreas y parte del intestino delgado.
GLUT-3: presenta alta afinidad por la glucosa por lo cual se presenta en tejidos que tienen necesidad por la misma, tal como el SNC, el hígado, la placenta, el riñón y el corazón. Posee un Km para la glucosa de 2 mM.
GLUT-4: es uno de los más estudiados, presenta alta afinidad por la glucosa y se presenta en tejidos con sensibilidad a la insulina, como lo son el músculo esquelético, el tejido adiposo y el corazón. Tiene un Km para la glucosa de 5 mM.
GLUT-14: posee dos formas editadas alternativas, una forma corta GLUT-14 S y una forma larga (con un exon de más) GLUT-14L. Se expresa específicamente en los testículos.
Los GLUT DE CLASE 2: en el se encuentran; el GLUT 5, el GLUT 7, el GLUT 9 y el GLUT 11.
GLUT- 5: este GLUT se encarga de transportar exlusivamente a la fructosa. Se expresa en el intestino delgado, en los testiculos y en el riñón.
GLUT-7: es un transportador de alta afinidad por la fructosa y la glucosa. Presenta una afinidad para la glucosa de 0.3 mM y para la fructosa de 0.06 mM. Se expresa en el intestino delgado, en el colon, en los testículos y en la próstata.
GLUT-9: se expresa en el riñón, en el intestino delgado, en el hígado, en la placenta, el los pulmones y en los leucocitos. Esta parece ser una isoforma funcional con baja afinidad por desoxiglucosa.
GLUT-11: existen tres isoformas de este transportador. Posee alta afinidad por la fructosa y baja afinidad por la glucosa.GLUT-11A. Se expresa en el corazón, el músculo esquelético y en el riñón. GLUT-11B se expresa en el riñón, en el tejido adiposo y en la placenta. GLUT-11C se expresa en el tejido adiposo, en el corazón, en el músculo esquelético y en el páncreas.
Los GLUT DE CLASE 3:comprenden a los GLUT 6, GLUT 8, GLUT 10, GLUT 12 y al HMIT. Estos carecen de sitio de glicosilación.
GLUT-6: posee baja afinidad por la glucosa. Se expresa en el cerebro, en el bazo y en los leucocitos.
GLUT-8: presenta alta afinidad por la glucosa, es inhibido por la D- Fructosa y la D-Galactosa. Se expresa en los testículos, en el sistema nervioso central, en la glándula adrenal, en el hígado, en el bazo, en el tejido adiposo café y en el pulmón.
GLUT-10: se expresa en el hígado y en el páncreas. Alteraciones del gen de GLUT10 están involucrados a la susceptibilidad de la diabetes mellitus tipo II.
GLUT-12: este se considera un segundo transporte de glucosa dependiente de insulina. Se expresa en el músculo esquelético, en el tejido adiposo y en el intestino delgado.HMIT: transportador de mio-inocitol acoplado a protones, este no transporta azúcar. Se expresa predominantemente en el cerebro.
La entrada de glucosa través de las membranas celulares viene dada a partir de dos proteínas transportadoras: en primer lugar las proteínas transportadoras de sodio (SGLT) las cuales generalmente se encuentran en el tejido epitelial digestivo donde se absorben y reabsorben nutrientes y en segundo lugar los sistemas transportadores de glucosa (GLUT) que se encuentran en todas las células del organismo, ambos transportadores van a cumplir una función de importancia, ya que al transportar la glucosa promueven la iniciación de las diferentes rutas metabólicas.
La glucosa es la sustancia responsable de proporcionarle energía a una serie de organismos y a su vez a las células que lo componen, por lo cual el transporte de glucosa va a convertirse en un proceso vital para la homeostasis celular y las rutas metabólicas.
Obtención y absorción de carbohidratos
Anteriormente se había mencionado que en el epitelio intestinal se llevaba a cabo la absorción y reabsorción de glucosa, específicamente en el duodeno y en la parte superior del yeyuno del intestino delgado, a partir de aquí la glucosa va a pasar a dichas células en contra del gradiente de concentración a través del sodio, este a través de un co transporte le va a proporcionar a la glucosa la fuerza necesaria para atravesar la membrana y llegar al interior celular, este contenido de sodio se va a mantener gracias a la bomba sodio potasio ATPasa (NA+ /+K), posterior a que la glucosa ya logró entrar a la célula por medio de sodio, este va a ser bombeado hacia el exterior de la célula, y de esta forma se va a mantener el gradiente a favor del sodio de manera que el mismo pueda entrar de nuevo a la célula. Ya dentro de la célula, la glucosa va a dirigirse hacia el sistema sanguíneo intestinal por medio de difusión.
Regulación de la glucosa plasmática
La glucosa no solamente proviene de los alimentos que ingerimos, sino que también proviene de la neoglucogénesis a nivel del hígado, y también a partir del glucógeno almacenado, en conclusión estos mecanismos van a ser de importancia para el mantenimiento de la glucosa en la sangre y el equilibrio de la misma. Estos niveles de glucosas en sangre pueden verse bien estimulados o inhibidos mediante la acción de varias hormonas, como el glucagón, la adrenalina, el cortisol y la insulina. La insulina a diferencia de las demás va a ser la responsable de disminuir los niveles de glucosa en sangre por medio de transportadores de glucosa GLUT, ya que va a inducir que estos se unan a las superficies de las membranas plasmáticas de células musculares, adiposas y hepáticas, de modo, que la glucosa se almacene en estos tejidos, y baja su concentración sanguínea.
Mecanismos de transporte de glucosa
La glucosa además de ser transportada mediante la bomba sodio potasio ATPasa, entra a las células como ya se mencionó por los transportadores de glucosa GLUT, los que van a constituir la primera vía por la cual la glucosa entra a las células a favor del gradiente de concentración, es decir mediante difusión facilitada. Hasta el momento se ha descubierto 14 tipos de transportadores GLUT, distribuidos en diferentes tejidos.
Transportadores de glucosa asociados a sodio (Na+)
Estos transportadores median la entrada de glucosa a través de sodio en contra del gradiente de concentración. La familia de genes que codifican para dichos transportadores se les llama acarreadores del grupo 5A(SLC5A), los cuales incluyen a los transportadores de glucosa a nivel intestinal y renal SGLT1(SLC5A1), SGLT2(SLC5A2) al SGLT3 (SLC5A4) al cual se le considera censor de la glucosa sobre todo a nivel muscular. Este grupo también incluye a otros transportadores, los cuales van a dirigir en vez de glucosa a otras sustancias como inositol, yodo y multivitaminas.
Estos transportadores de tipo SGLT poseen una estructura compuesta por catorce cruces transmembranales de tipo alfa hélice, con sus grupos amino terminal cerca de donde se realiza el transporte de Na+ y carboxilo terminal cerca de donde se realiza el transporte de glucosa, estos grupos amino y carboxilo terminal se encuentran en la superficie externa de la membrana, a su vez estos transportadores poseen un sitio de glicosilación entre los segmentos seis y siete. La interacción de este tipo de transportadores con el sodio va a promover un cambio conformacional en ellos aumentando así su afinidad por la glucosa.
El transportador SGLT1: este transportador posee una Km de 0,3, la km es la constante de michaellis menten, que se expresa en concentraciones, al ser la Km de este transportador baja quiere decir que el mismo posee alta afinidad por la glucosa, a su vez este transporta glucosa por cada dos sodios y va a estar presente principalmente en el intestino, corazón y riñón. La deficiencia congénita de estos puede provocar el síndrome de mala absorción de glucosa, lo que va a acarrear varios síntomas consigo entre ellos la diarrea, a menos que se que eliminen de la dieta diversos carbohidratos, es importante destacar que esto generalmente se observa en neonatos.
El transportador SGLT2: posee una similitud de alrededor 59% con el SGLT1. Posee un Km mas alto de 1.63 transporta una molécula de glucosa por cada sodio. Se sitúa principalmente en los túmulos contorneados proximales de las nefronas en donde absorbe la glucosa ya filtrada. La deficiencia congénita de estos produce glucosuria renal primaria, que consiste en que presentan niveles de glucosa en sangre normales, resultados de tolerancia oral a la lactosa, pero presentan glucosuria persistente, es decir niveles elevados de glucosa en la orina.
El transportador SGLT3: posee una similitud de 70% con el SGLT1, transporta dos sodios por molécula de glucosa, tiene un km de 6, lo que quiere decir que tiene una afinidad no tan alta por la glucosa. Se encuentra principalmente en las neuronas colinérgicas del plexo mientérico y submucoso del intestino delgado y en las uniones neuromusculares del músculo esquelético. No se conocen patologías asociadas a este transportador.
Transportadores de glucosa GLUT:
Son proteínas encargas del transporte de la glucosa al interior celular. Se han identificado 14 tipos de GLUT, divididos a su vez en tres tipos de familia de acuerdo a sus funciones, su especificidad de sustrato y su Km etc.
Clasificación de los GLUT
Los GLUT DE CLASE 1: se componen de GLUT-1 a GLUT-4 y recientemente al GLUT-14.
GLUT1: se expresa en los eritrocitos, en las células endoteliales del cerebro y en las neuronas, posee un Km de 1 a 2, en el músculo esquelético se encuentra en mayor expresión durante la gestación y disminuye después del nacimiento. En el riñón se ha encontrado en todos los segmentos de la nefrona.
GLUT-2: posee una km de 17 lo que quiere decir que posee muy poca afinidad por la glucosa, se encuentran principalmente en el riñón, el hígado, el páncreas y parte del intestino delgado.
GLUT-3: presenta alta afinidad por la glucosa por lo cual se presenta en tejidos que tienen necesidad por la misma, tal como el SNC, el hígado, la placenta, el riñón y el corazón. Posee un Km para la glucosa de 2 mM.
GLUT-4: es uno de los más estudiados, presenta alta afinidad por la glucosa y se presenta en tejidos con sensibilidad a la insulina, como lo son el músculo esquelético, el tejido adiposo y el corazón. Tiene un Km para la glucosa de 5 mM.
GLUT-14: posee dos formas editadas alternativas, una forma corta GLUT-14 S y una forma larga (con un exon de más) GLUT-14L. Se expresa específicamente en los testículos.
Los GLUT DE CLASE 2: en el se encuentran; el GLUT 5, el GLUT 7, el GLUT 9 y el GLUT 11.
GLUT- 5: este GLUT se encarga de transportar exlusivamente a la fructosa. Se expresa en el intestino delgado, en los testiculos y en el riñón.
GLUT-7: es un transportador de alta afinidad por la fructosa y la glucosa. Presenta una afinidad para la glucosa de 0.3 mM y para la fructosa de 0.06 mM. Se expresa en el intestino delgado, en el colon, en los testículos y en la próstata.
GLUT-9: se expresa en el riñón, en el intestino delgado, en el hígado, en la placenta, el los pulmones y en los leucocitos. Esta parece ser una isoforma funcional con baja afinidad por desoxiglucosa.
GLUT-11: existen tres isoformas de este transportador. Posee alta afinidad por la fructosa y baja afinidad por la glucosa.GLUT-11A. Se expresa en el corazón, el músculo esquelético y en el riñón. GLUT-11B se expresa en el riñón, en el tejido adiposo y en la placenta. GLUT-11C se expresa en el tejido adiposo, en el corazón, en el músculo esquelético y en el páncreas.
Los GLUT DE CLASE 3:comprenden a los GLUT 6, GLUT 8, GLUT 10, GLUT 12 y al HMIT. Estos carecen de sitio de glicosilación.
GLUT-6: posee baja afinidad por la glucosa. Se expresa en el cerebro, en el bazo y en los leucocitos.
GLUT-8: presenta alta afinidad por la glucosa, es inhibido por la D- Fructosa y la D-Galactosa. Se expresa en los testículos, en el sistema nervioso central, en la glándula adrenal, en el hígado, en el bazo, en el tejido adiposo café y en el pulmón.
GLUT-10: se expresa en el hígado y en el páncreas. Alteraciones del gen de GLUT10 están involucrados a la susceptibilidad de la diabetes mellitus tipo II.
GLUT-12: este se considera un segundo transporte de glucosa dependiente de insulina. Se expresa en el músculo esquelético, en el tejido adiposo y en el intestino delgado.HMIT: transportador de mio-inocitol acoplado a protones, este no transporta azúcar. Se expresa predominantemente en el cerebro.
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