(Ciencias de Joseleg)(Biología)(Introducción y biología
celular)(El
metabolismo)(Introducción)(Generalidades
del metabolismo)(Los
metabolismos y las reacciones químicas)(Portadores
de energía)(Algunos
catabolismos)(Algunos
anabolismos)(El
metabolismo secundario)(La
diabetes)(Referencias
bibliográficas)(Versión
documento word)
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(Ciencias de Joseleg)(Biología)(Introducción y biología celular)(El metabolismo)(Introducción)(Generalidades del metabolismo)(Los metabolismos y las reacciones químicas)(Portadores de energía)(Algunos catabolismos)(Algunos anabolismos)(El metabolismo secundario)(La diabetes)(Referencias bibliográficas)(Versión documento word)
Las
enfermedades metabólicas ocurren cuando se interrumpen los procesos metabólicos
habituales del cuerpo. Estas enfermedades pueden ser congénitas o adquiridas,
por ejemplo, la diabetes y la fenilcetonuria. Las enfermedades metabólicas son
trastornos que se derivan de una deficiencia en la actividad de una enzima. Lo
más común es que afecten a una enzima involucrada en la síntesis o
descomposición de sustancias intermedias en el metabolismo de carbohidratos,
grasas o proteínas. El campo de las enfermedades metabólicas hereditarias se ha
expandido enormemente en la última década y ahora también incluye defectos en
la función de los orgánulos subcelulares (por ejemplo, mitocondrias,
peroxisomas y lisosomas) y defectos en el metabolismo de moléculas adicionales,
como los neurotransmisores.
Los
síntomas que experimentan los pacientes con enfermedades metabólicas son
consecuencia de la acumulación de compuestos que no pueden degradarse, o la
falta de un compuesto esencial que no puede sintetizarse, dependiendo del
defecto enzimático específico. De acuerdo con esto, la acumulación de un
compuesto que es tóxico para el cerebro es probable que resulte en retraso del
desarrollo, convulsiones, tono muscular anormal e inestabilidad. La acumulación
de un compuesto que es tóxico para los músculos provocará debilidad muscular,
degradación muscular o falla del músculo cardíaco. Otros síntomas comunes
incluyen alteración de la función hepática y renal. Como muchos de estos
síntomas (particularmente en la categoría neurológica) no son específicos de
los trastornos metabólicos, es costumbre referir a los pacientes para una
evaluación metabólica cuando sus síntomas no pueden ser explicados por ningún
otro trastorno conocido.
Referirnos
a todas las enfermedades metabólicas sobre extendería los objetivos del
presente escrito, por lo que nos enfocaremos en la diabetes, uno de los
desórdenes metabólicos más comunes y que involucra muchos de los conceptos de
biología molecular y celular que hemos visto hasta este punto. En general hay
tres tipos de diabetes, la diabetes insípida, la diabetes dulce de tipo 1 y la
diabetes dulce de tipo 2. En general la más común es la diabetes dulce o diabetes
mellitus DM, llamada así porque uno de sus signos más típicos es una orina
dulce.
La
diabetes fue una de las primeras enfermedades descritas, con un manuscrito
egipcio de cerca de 1500 a. C. mencionando "demasiado vaciado de la
orina". El papiro de Ebers incluye una recomendación para tomar una bebida
en tales casos. Se cree que los primeros casos descritos son de diabetes tipo
1. Los médicos indios, al mismo tiempo, identificaron la enfermedad y la
clasificaron como madhumeha o "miel de la orina", señalando que la
orina atraería hormigas (Ahmed,
2002).
El término
"diabetes" o "sifón, aunque en su contexto es un eufemismo para
decir que se orina demasiado " se utilizó por primera vez en 230 a. C. por
el griego Apolonio de Memphis. La enfermedad se consideró rara durante la época
del imperio romano, y Galeno comentó que solo había visto dos casos durante su
carrera. Esto posiblemente se deba a la dieta y el estilo de vida de los
antiguos, o porque los síntomas clínicos se observaron durante la etapa
avanzada de la enfermedad. Galeno llamó a la enfermedad "diarrea de la
orina" (diarrea urinosa) (Poretsky,
2010).
YouTube. La diabetes
El trabajo
más antiguo que se conserva con una referencia detallada a la diabetes es el de
Areteo de Capadocia (siglo II o principios del siglo III). Describió los
síntomas y el curso de la enfermedad, que atribuyó a la humedad y al frío,
reflejando las creencias de la "Escuela neumática". Intentó correlacionar
la diabetes con otras enfermedades, y discutió el diagnóstico diferencial de la
mordedura de serpiente que también provoca sed excesiva. Su trabajo permaneció
desconocido en Occidente hasta 1552, cuando se publicó la primera edición
latina en Venecia (Chiquete,
Nuño González, & Panduro Cerda, 2001).
Los
médicos indios Sushruta y Charaka identificaron la diabetes tipo 1 y tipo 2
como condiciones separadas por primera vez en 400-500 CE con el tipo 1 asociado
con la juventud y el tipo 2 con sobrepeso. El término "mellitus" o
"de la miel/dulce" fue agregado por el británico John Rolle a fines
del siglo XVIII para separar la enfermedad de la diabetes insípida, que también
se asocia con la micción frecuente. El tratamiento eficaz no se desarrolló
hasta principios del siglo XX, cuando los canadienses Frederick Banting y
Charles Herbert Best aislaron y purificaron la insulina en 1921 y 1922. Esto
fue seguido por el desarrollo de la insulina de acción prolongada NPH en la
década de 1940 (Poretsky,
2010).
Los
síntomas clásicos de la diabetes no tratada son pérdida de peso, poliuria
(aumento de la micción), polidipsia (aumento de la sed) y polifagia (aumento
del hambre). Los síntomas pueden desarrollarse rápidamente (semanas o meses) en
la DM tipo 1, mientras que generalmente se desarrollan mucho más lentamente y
pueden ser sutiles o ausentes en la DM tipo 2. Varios otros signos y síntomas
pueden marcar el inicio de la diabetes, aunque no son específicos de la
enfermedad. Además de los conocidos anteriormente, incluyen visión borrosa,
dolor de cabeza, fatiga, curación lenta de los cortes y picazón en la piel. La
glucosa en sangre prolongada puede causar absorción de glucosa en el cristalino
del ojo, lo que provoca cambios en su forma, lo que produce cambios en la
visión. Una serie de erupciones cutáneas que pueden ocurrir en la diabetes se
conocen colectivamente como dermatomas diabéticos.
El nivel
bajo de azúcar en sangre (hipoglucemia) es común en personas con DM tipo 1 y
tipo 2. La mayoría de los casos son leves y no se consideran emergencias
médicas. Los efectos pueden variar desde sentimientos de malestar, sudoración,
temblor y aumento del apetito en casos leves hasta problemas más graves como
confusión, cambios en el comportamiento como agresividad, convulsiones, pérdida
del conocimiento y (rara vez) daño cerebral permanente o muerte en casos
graves. El azúcar en la sangre moderadamente bajo se puede confundir fácilmente
con la embriaguez; La respiración rápida y la sudoración, la piel fría y pálida
son características del bajo nivel de azúcar en la sangre, pero no son
definitivas. Los casos leves a moderados se autotratan al comer o beber algo
con alto contenido de azúcar. Los casos graves pueden conducir a la pérdida del
conocimiento y deben tratarse con glucosa intravenosa o inyecciones con
glucagón.
Las
personas (generalmente con DM tipo 1) también pueden experimentar episodios de
cetoacidosis diabética, una alteración metabólica caracterizada por náuseas,
vómitos y dolor abdominal, el olor a acetona en la respiración, respiración
profunda conocida como respiración de Kussmaul y, en casos severos, un nivel
disminuido de la conciencia. Una posibilidad rara pero igualmente grave es el
estado hiperglucémico hiperosmolar, que es más común en la DM tipo 2 y es
principalmente el resultado de la deshidratación.
Todas las
formas de diabetes aumentan el riesgo de complicaciones a largo plazo. Estos
típicamente se desarrollan después de muchos años (10-20) pero pueden ser el
primer síntoma en aquellos que de otra manera no hubieran recibido un
diagnóstico antes de ese momento. Las principales complicaciones a largo plazo
se relacionan con el daño a los vasos sanguíneos. La diabetes duplica el riesgo
de enfermedad cardiovascular y aproximadamente el 75% de las muertes en
diabéticos se deben a enfermedad de la arteria coronaria. Otras enfermedades
"macrovasculares" son el accidente cerebrovascular y la enfermedad
arterial periférica. Las principales complicaciones de la diabetes debido al
daño en los vasos sanguíneos pequeños incluyen daño a los ojos, los riñones y
los nervios. El daño a los ojos, conocido como retinopatía diabética, es
causado por daño a los vasos sanguíneos en la retina del ojo y puede ocasionar
la pérdida gradual de la visión y la ceguera. La diabetes también aumenta el
riesgo de tener glaucoma, cataratas y otros problemas oculares. Se recomienda
que los diabéticos visiten a un oftalmólogo una vez al año.
Los daños
en los riñones, conocidos como nefropatía diabética, pueden provocar cicatrices
en los tejidos, pérdida de proteínas en la orina y, finalmente, enfermedad
renal crónica, que a veces requieren diálisis o trasplante de riñón. El daño a
los nervios del cuerpo, conocido como neuropatía diabética, es la complicación
más común de la diabetes. Los síntomas pueden incluir entumecimiento,
hormigueo, dolor y sensación de dolor alterado, que pueden provocar daños en la
piel. Los problemas del pie relacionados con la diabetes (como las úlceras del
pie diabético) pueden ocurrir y pueden ser difíciles de tratar, ocasionalmente
requieren amputación. Además, la neuropatía diabética proximal causa atrofia y
debilidad muscular dolorosa. Existe un vínculo entre el déficit cognitivo y la
diabetes. En comparación con aquellos sin diabetes, aquellos con la enfermedad
tienen una tasa de disminución de la función cognitiva de 1.2 a 1.5 veces
mayor. Ser diabético, especialmente cuando está en la insulina, aumenta el
riesgo de caídas en las personas mayores
La
diabetes mellitus tipo 1 se caracteriza por la pérdida de las células beta
productoras de insulina de los islotes pancreáticos, lo que conduce a una
deficiencia de insulina. Este tipo puede clasificarse además como inmunomediado
o idiopático. La mayoría de la diabetes tipo 1 es de naturaleza inmune, en la
que un ataque autoinmune mediado por células T conduce a la pérdida de células
beta y, por lo tanto, de insulina. Causa aproximadamente el 10% de los casos de
diabetes mellitus en América del Norte y Europa. La mayoría de las personas
afectadas por lo demás están sanas y tienen un peso saludable cuando se produce
el inicio. La sensibilidad y la capacidad de respuesta a la insulina suelen ser
normales, especialmente en las primeras etapas. La diabetes tipo 1 puede
afectar a niños o adultos, pero tradicionalmente se la denominó "diabetes
juvenil" porque la mayoría de estos casos de diabetes eran en niños.
La
diabetes "frágil", también conocida como diabetes inestable o
diabetes lábil, es un término que se usaba tradicionalmente para describir los
cambios dramáticos y recurrentes en los niveles de glucosa, que a menudo se
producen sin motivo aparente en la diabetes insulinodependiente. Este término,
sin embargo, no tiene una base biológica y no debe usarse. Aún así, la diabetes
tipo 1 puede ir acompañada de niveles altos e irregulares de azúcar en la
sangre, con frecuencia con cetosis, y algunas veces con niveles graves de
azúcar en la sangre. Otras complicaciones incluyen una respuesta
contrarreguladora alterada a niveles bajos de azúcar en la sangre, infección,
gastroparesia (que conduce a una absorción errática de carbohidratos en la
dieta) y endocrinopatías (por ejemplo, enfermedad de Addison). Se cree que
estos fenómenos ocurren con una frecuencia no mayor que en el 1% al 2% de las
personas con diabetes tipo 1.
YouTube. Diabetes
epidemia global. La noche temática.
La
diabetes tipo 1 es en parte hereditaria, y se sabe que múltiples genes,
influyen en el riesgo de diabetes. En personas genéticamente susceptibles, la
aparición de la diabetes puede desencadenarse por uno o más factores
ambientales, como una infección viral o una dieta. Varios virus han sido
implicados, pero hasta la fecha no hay evidencia rigurosa para apoyar esta
hipótesis en humanos. Entre los factores dietéticos, los datos sugieren que la
gliadina (una proteína presente en el gluten) puede desempeñar un papel en el
desarrollo de la diabetes tipo 1, pero el mecanismo aún no se comprende del
todo.
La DM tipo 2 se caracteriza por resistencia a la insulina, que se puede combinar con una secreción de insulina relativamente reducida. Se cree que la receptividad defectuosa de los tejidos corporales a la insulina afecta al receptor de insulina. Sin embargo, los defectos específicos no se conocen. Los casos de diabetes mellitus debido a un defecto conocido se clasifican por separado. La DM tipo 2 es el tipo más común de diabetes mellitus. En la etapa temprana del tipo 2, la anormalidad predominante es sensibilidad a la insulina reducida. En esta etapa, la hiperglucemia se puede revertir mediante una variedad de medidas y medicamentos que mejoran la sensibilidad a la insulina o reducen la producción de glucosa en el hígado.
Figura 15. El receptor
de insulina “rojo en forma de Y” se vincula con la vesícula que tiene los
translocadores GLUT4 “barras verde-oscuro” por medio de un sistema de
señalización que está vinculada a otros procesos en la célula.
La DM tipo
2 se debe principalmente a factores de estilo de vida y genética. Se sabe que
varios factores del estilo de vida son importantes para el desarrollo de la DM
tipo 2, incluida la obesidad (definida por un índice de masa corporal de más de
30), la falta de actividad física, la mala alimentación, el estrés y la
urbanización. El exceso de grasa corporal está asociado con el 30% de los casos
en los descendientes de chinos y japoneses, del 60-80% de los casos en los de
descendencia europea y africana, y del 100% de los indios Pima e isleños del
Pacífico. Incluso aquellos que no son obesos a menudo tienen una alta relación
cintura-cadera.
Los
factores dietéticos también influyen en el riesgo de desarrollar DM tipo 2. El
consumo de bebidas azucaradas en exceso se asocia con un mayor riesgo. El tipo
de grasas en la dieta también es importante, con grasas saturadas y grasas
trans que aumentan el riesgo y las grasas poliinsaturadas cis y monoinsaturadas
cis que disminuyen el riesgo. Comer mucho arroz blanco también puede aumentar
el riesgo de diabetes. Se cree que la falta de actividad física causa el 7% de
los casos
La
insulina es la principal hormona que regula la absorción de glucosa de la
sangre a la mayoría de las células del cuerpo, especialmente hígado, tejido
adiposo y músculo, excepto el músculo liso. Por lo tanto, la deficiencia de
insulina o la insensibilidad de sus receptores juegan un papel central en todas
las formas de diabetes mellitus. El cuerpo obtiene la glucosa de tres fuentes principales:
· la absorción intestinal de los
alimentos;
· la descomposición del glucógeno, la
forma de almacenamiento de la glucosa que se encuentra en el hígado;
· y gluconeogénesis, la generación de
glucosa a partir de sustratos no carbohidratados en el cuerpo.
La
insulina juega un papel crítico en el equilibrio de los niveles de glucosa en
el cuerpo. La insulina puede inhibir la descomposición del glucógeno o el
proceso de gluconeogénesis, puede estimular el transporte de glucosa a las
células grasas y musculares, y puede estimular el almacenamiento de glucosa en
forma de glucógeno.
La
insulina es liberada en la sangre por las células beta (células β), que se
encuentran en los islotes de Langerhans en el páncreas, en respuesta a los
niveles crecientes de glucosa en sangre, generalmente después de comer. La
insulina es utilizada por aproximadamente dos tercios de las células del cuerpo
para absorber la glucosa de la sangre para su uso como combustible, para la
conversión a otras moléculas necesarias, o para el almacenamiento. Los niveles
más bajos de glucosa provocan una disminución en la liberación de insulina de
las células beta y en la descomposición del glucógeno en glucosa. Este proceso
está controlado principalmente por la hormona glucagón, que actúa de manera
opuesta a la insulina.
Si la
cantidad de insulina disponible es insuficiente, o si las células responden mal
a los efectos de la insulina (insensibilidad a la insulina o resistencia a la
insulina) o si la insulina es defectuosa, las células del organismo que lo
requieren no absorberán la glucosa adecuadamente. y no se almacenará
adecuadamente en el hígado y los músculos. El efecto neto es persistentemente
altos niveles de glucosa en sangre, pobre síntesis de proteínas y otros
trastornos metabólicos, como la acidosis.
Cuando la
concentración de glucosa en la sangre se mantiene alta con el tiempo, los
riñones alcanzarán un umbral de reabsorción y la glucosa se excretará en la
orina (glucosuria), causando el signo de orina dulce. Esto aumenta la presión
osmótica de la orina e inhibe la reabsorción de agua por el riñón, lo que resulta
en un aumento de la producción de orina (poliuria) y una mayor pérdida de
líquidos. El volumen de sangre perdido se reemplazará osmóticamente del agua
contenida en las células del cuerpo y otros compartimentos del cuerpo, causando
deshidratación y aumento de la sed (polidipsia).
La
insulina actúa principalmente afectando proteínas integrales de membrana que
translocan la insulina desde la matriz extracelular al citosol. Al igual de las
proteínas de transporte iónico las proteínas de translocación no requieren de
energía para operar. A diferencia de ellas, estas proteínas no generan un poro,
si no que el cambio conformacional transloca a la sustancia desde un lado al
otro de la membrana. Estas proteínas operan mediante el mecanismo de reacción
de las enzimas, es decir, mediante el reconocimiento especifico de la
superficie del compuesto químico su unión a él, y su translocación al otro lado
de la membrana.
Algunos de
las proteínas de translocación más importantes en los seres humanos son las
proteínas de translocación de glucosa. La glucosa es un carbohidrato simple de
importancia vital en la obtención de energía instantánea por parte de la
célula. En los humanos existen al menos 5 isoformas de un translocador de
glucosa, pero el más importante es la forma 4 (GLUT-4). En condiciones normales
estos translocadores se encuentran aislados de la membrana celular, en el
interior del citoplasma anclados a la membrana de vesículas. Cuando la hormona
insulina es liberada, al torrente sanguíneo esta se une a un receptor de
membrana específico (IR). Cuando el IR se une a la insulina la parte interna
del receptor asume su forma activa y transmite una señal química a las
vesículas portadoras de los GLUT-4 para que se fusionen con la membrana externa
de las células musculares y adiposas, y a la síntesis de glucógeno en el tejido
hepático y muscular, así como a la conversión de glucosa en triglicéridos en el
hígado.
Una vez
que una molécula de insulina se acopla al receptor y efectúa su acción, puede
volver a liberarse en el ambiente extracelular, o puede ser degradada por la
célula. Los dos sitios principales para el aclaramiento de insulina son el
hígado y el riñón. El hígado elimina la mayor parte de la insulina durante el
tránsito de primer paso, mientras que el riñón elimina la mayor parte de la
insulina en la circulación sistémica. La degradación normalmente implica
endocitosis del complejo receptor de insulina, seguido de la acción de la
enzima degradadora de insulina en un fagocito, la célula literalmente se come
al receptor IR junto con la insulina. Se estima que una molécula de insulina
producida endógenamente por las células beta se degrada en aproximadamente una
hora después de su liberación inicial en la circulación (vida media de la
insulina ~ 4-6 minutos).
La
resistencia a la insulina se produce cuando las células de los músculos, la
grasa y el hígado no responden bien a la insulina y no pueden absorber
fácilmente la glucosa de la sangre. Como resultado, su páncreas produce más
insulina para ayudar a que la glucosa ingrese a sus células. Siempre que su
páncreas pueda producir suficiente insulina para superar la débil respuesta de
sus células a la insulina, sus niveles de glucosa en sangre se mantendrán en un
rango saludable.
La
prediabetes significa que sus niveles de glucosa en sangre son más altos de lo
normal, pero no lo suficientemente altos como para ser diagnosticados como
diabetes. La prediabetes por lo general ocurre en personas que ya tienen cierta
resistencia a la insulina o cuyas células beta en el páncreas no producen
suficiente insulina para mantener la glucosa en sangre dentro del rango normal.
Sin suficiente insulina, la glucosa adicional permanece en el torrente
sanguíneo en lugar de ingresar a las células. Con el tiempo, podrías
desarrollar diabetes tipo 2.
En esencia
la diabetes es generada por:
· la síntesis de una molécula
defectuosa de la insulina o su ausencia
· la síntesis de un receptor
defectuoso IR ya sea que no se une a la molécula de insulina o no se activa
para enviar la señal a las vesículas con GLUT-4
· La sobre estimulación de los
receptores IR en un mecanismo conocido como resistencia a la unión
ligando-receptor.
La
resistencia a la unión ligando-receptor es un mecanismo molecular homeostático
que se encuentra ligado no solo a la diabetes, sino también a otras
enfermedades como las adicciones a sustancias psicoactivas. Para entender esto,
debemos tener en cuenta que el cuerpo siempre busca mantener la homeostasis, es
decir, que las señales y cantidades de las sustancias químicas se mantengan en
normalidad, si una señal o la cantidad de una sustancia son anormalmente altas,
las células responden disminuyendo su sensibilidad, lo que provoca a su vez que
el sistema nervioso interprete la señal de que hay poca cantidad de la
sustancia, por lo que consume más, lo cual reinicia un ciclo nuevo en el que la
sustancia aumenta y las células disminuyen aún más su sensibilidad. Para el
caso de la insulina, al final las células no responderán a la insulina, y habrá
mucho azúcar en sangre, aunque el cerebro interprete que hay poco azúcar en
sangre, una completa locura.
YouTube. Regulación de
la translocación de los transportadores de glucosa
¿Por qué
nuestro cuerpo responde de una manera tan suicida? Investigaciones recientes
han revelado que la resistencia a la insulina ayuda a conservar el suministro
de glucosa en el cerebro al evitar que los músculos absorban una cantidad
excesiva de glucosa. La resistencia a la insulina incluso debe fortalecerse en
condiciones metabólicas severas, como el embarazo, durante las cuales el
cerebro fetal en expansión demanda más glucosa, y debe evitarse que esta sea
consumida completamente por los músculos.
Dado lo
anterior, ¿Cuál es el gatillo del ciclo de resistencia a la insulina? Pues
evidentemente un exceso de glucosa en sangre, por lo que un estilo de vida que
tienda a consumir poca glucosa “poco ejercicio” y que consuma alimentos ricos
en carbohidratos “que se convierten en glucosa en el hígado” son las causas que
establecen la respuesta homeostática de las células a absorber menos mediante
una disminución de la cantidad de receptores IR.
Hemos
visto muchas veces la importancia de las grasas como combustibles. Con respecto
a la obesidad, hay más grasas presentes que las que pueden ser procesadas por
el músculo. Aunque la tasa de beta-oxidación aumenta en respuesta a la alta
concentración de grasas, las mitocondrias no son capaces de procesar todos los
ácidos grasos por beta-oxidación; los ácidos grasos se acumulan en las
mitocondrias y eventualmente se extienden al citoplasma. De hecho, la
incapacidad de procesar todos los ácidos grasos da como resultado su
reincorporación en triacilgliceroles y la acumulación de grasa en el
citoplasma. En el citoplasma, los niveles de estos lípidos evidentemente
aumentan y algunos son modificados a diacilgliceroles. Los diacilgliceroles
son, para mala suerte de los diabéticos, un mesanejro secundario en rutas
metabólicas que activan la proteína quinasa C (PKC). A su vez, la proteína
quinasa C activa una ruta de reacciones químicas secundarias que bloquean la
actividad del receptor IR de la insulina, la lógica bajo todo esto es evidente,
la célula ya tiene mucha energía proveniente de la grasa, así que se cierra a
la entrada de más energía en forma de glucosa.
La
resistencia a la insulina puede ser reversada, por una respuesta homeostática,
por lo que existen mecanismos secundarios, que al igual que en las adicciones,
provocan que el ciclo destructivo de resistencia ligando-receptor se mantenga
firme. Y estos mecfanismos secundarios se encuentran en las células beta del
páncreas. A medida que la resistencia a la insulina se desarrolla en el
músculo, las células beta responden sintetizando aún más insulina en un intento
inútil de conducir la acción de la insulina. La capacidad del retículo
endoplasmático de las células beta para procesar toda la proinsulina y la
insulina se ve comprometida, una condición conocida como estrés del retículo
endoplásmico (RE) y las proteínas mal plegadas se acumulan.
El estrés
ER inicia una ruta de señal llamada respuesta de proteína defectuosa (UPR), una
vía destinada a salvar la célula de la producción de proteínas defectuosas. UPR
consiste en varios pasos. En primer lugar, se inhibe la síntesis proteica
general para evitar que entren más proteínas mal formadas en el retículo
endoplásmico. En segundo lugar, se estimula la síntesis de chaperonas. Las
proteínas chaperonas ayudan a plegar otras proteínas. En tercer lugar, las
proteínas mal plegadas se eliminan y posteriormente se envían al proteosoma
para su destrucción. Finalmente, si la respuesta descrita anteriormente no
logra aliviar el estrés del retículo endoplásmico, se desencadena la muerte
celular programada, que en última instancia conduce a la muerte de células beta
como tejido completo y a la diabetes tipo 2 en toda regla.
En este
orden de ideas, la resistencia a la insulina es solo el gatillo de la diabetes,
en donde se genera la destrucción del tejido que se encarga de la síntesis de
insulina de manera permanente. Aunque la respuesta homeostática reverse la
resistencia a la insulina en los tejidos, la muerte permanente del tejido de
células beta en el páncreas impedirá la producción de insulina, por lo que el
paciente deberá consumir insulina externa para mantener la normalidad de sus
actividades.
No existe
una medida preventiva conocida para la diabetes tipo 1, dado que es de índole
genético. La diabetes tipo 2, que representa el 85-90% de todos los casos, a
menudo puede prevenirse o retrasarse manteniendo un peso corporal normal,
realizando actividad física y consumiendo una dieta saludable. Los niveles más
altos de actividad física (más de 90 minutos por día) reducen el riesgo de
diabetes en un 28%. Los cambios dietéticos conocidos por ser eficaces para
ayudar a prevenir la diabetes incluyen mantener una dieta rica en granos
enteros y fibra, y elegir grasas buenas, como las grasas poliinsaturadas que se
encuentran en las nueces, aceites vegetales y pescado. Limitar las bebidas
azucaradas y comer menos carne roja y otras fuentes de grasas saturadas también
puede ayudar a prevenir la diabetes. El tabaquismo también se asocia con un
mayor riesgo de diabetes y sus complicaciones, por lo que dejar de fumar
también puede ser una medida preventiva importante.
La
relación entre la diabetes tipo 2 y los principales factores de riesgo
modificables (exceso de peso, dieta no saludable, inactividad física y consumo
de tabaco) es similar en todas las regiones del mundo. Cada vez hay más pruebas
de que los determinantes subyacentes de la diabetes son un reflejo de las
principales fuerzas que impulsan los cambios sociales, económicos y culturales:
la globalización, la urbanización, el envejecimiento de la población y el
entorno general de la política de salud.
La
diabetes mellitus es una enfermedad crónica, para la cual no se conoce una cura,
excepto en situaciones muy específicas. El tratamiento se concentra en mantener
los niveles de azúcar en la sangre lo más cerca de lo normal, sin causar
niveles bajos de azúcar en la sangre. Esto generalmente se puede lograr con una
dieta saludable, ejercicio, pérdida de peso y el uso de medicamentos adecuados
(insulina en el caso de la diabetes tipo 1, medicamentos orales, así como
posiblemente insulina, en la diabetes tipo 2).
Es
importante conocer la enfermedad y participar activamente en el tratamiento, ya
que las complicaciones son mucho menos comunes y menos severas en las personas
que tienen niveles de azúcar en la sangre bien controlados. También se presta
atención a otros problemas de salud que pueden acelerar los efectos negativos
de la diabetes. Estos incluyen el tabaquismo, los niveles elevados de
colesterol, la obesidad, la presión arterial alta y la falta de ejercicio
regular.
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Las rutas
descritas anteriormente se denominan metabolismo primario, estas están activas
siempre y son necesarias para la vida. Sin embargo, los seres vivos no son
entidades aisladas o perfectas, por lo que deben hacer frente a agentes
externos y a problemas internos por métodos bioquímicos que en su conjunto se
denominan como el metabolismo secundario.
Todos los seres vivos se encuentran constantemente expuestos a
compuestos químicos ambientales que no pueden emplear como alimento, que puede
resultar problemáticos ya que intervienen en los procesos bioquímicos normales.
Estos compuestos externos potencialmente peligrosos son denominados como
xenobióticos. Los xenobióticos pueden ser fármacos, drogas o venenos naturales
o sintéticos que deben ser regulados y transformados a sustancias no tóxicas
por medio de un conjunto de enzimas metabolizadoras de xenobióticos. Muchas de
estas enzimas son derivados reales del sistema metabólico como los citocromos
muy empleados en el ciclo de Krebs, así como tras enzimas específicas. Por lo
general el proceso involucra la oxidación del xenobiótico rompiéndolo en
moléculas con menor actividad y mayor solubilidad en agua, una vez
solubilizados, los xenobióticos pueden excretarse de las células y luego fluir
por la sangre siendo expulsados ya sea por los riñones o el hígado. En la
naturaleza estas reacciones, cuando son llevadas a cabo por las bacterias son
importantes en la bioremediación de zonas contaminadas por petróleo y otros
residuos sintéticos de las industrias químicas.
El
metabolismo de los medicamentos es un subtipo del metabolismo de los
xenobióticos. Químicamente el proceso desde el punto de vista de las células no
es diferente del de destruir un veneno o una toxina, ya que muchos fármacos
pueden ser tóxicos en las concentraciones adecuadas. El estudio concreto del
metabolismo de los medicamentos se denomina farmacoquinesis, y no solo
involucra a los medicamentos legales, también involucra a fármacos adictivos e
ilegales como los opioides, canabinoides y estimulantes fuertes.
Dependiendo
de las enzimas que pueden afectar a un fármaco, este variará su efectividad en
términos de la concentración y frecuencia de la dosis que se consumirá. Si el
metabolismo es muy rápido en degradarlo, se necesitarán dosis más frecuentes.
En otras ocasiones el fármaco que ingresa es inactivo por sí mismo, pero son
las enzimas del metabolismo xenobiótico que lo transforma a un intermediario
activo antes de convertirlo en el producto a degradar. Otros seres vivos no
degradan las toxinas, sino que las almacenan en órganos especiales sin
modificarlas para sus propios usos, como sucede con las ranas dardo del Amazonas,
que consumen el veneno de las hormigas y lo emplean para su propia defensa
concentrándolo. Una rana es más venenosa que una hormiga debido al fenómeno de
bioacumulación, en el que por lo general un agente toxico estará 10 veces más
concentrado en un nivel trofico superior (Backshall,
2007; Moreno-Gómez et al., 2014).
El
metabolismo del oxígeno es imperfecto y con frecuencia tiende a generar iones
de oxígeno como los iones superóxido y varios tipos de peróxidos, que si entran
en contacto con el ADN pueden dañarlo por oxidación muy rápidamente. Las plantas son las más propensas a estos
problemas, ya que además de consumir oxígeno en su respiración celular
aeróbica, también lo producen en grandes cantidades a través del primer paso de
las reacciones de la luz de la fotosíntesis. Otras rutas metabólicas también
producen intermediarios raros, pero altamente tóxicos que deben ser regulados
de alguna forma para que no lastimen a las células. En este sentido ingresan
enzimas y otras moléculas que componen el metabolismo antioxidante. En las
plantas involucran varios tipos de carotenoides y coenzimas que impiden la
proliferación de los radicales superoxidantes, y de allí que se denominen en su
conjunto como antioxidantes. En cualquier caso, la protección contra las
toxinas internas no es perfecta, y es una de las hipótesis para el
envejecimiento y el incremento de la probabilidad de generación de cáncer.
El
metabolismo secundario también puede emplearse como un veneno por parte de las
plantas. En ellas los productos de desecho de las proteínas no se excreta por
un sistema urinario, en su lugar se almacenan en forma de diferentes moléculas
muy concentradas en la vacuola, hasta el punto en que se cristalizan. La
molécula particular depende del linaje vegetal, pero con frecuencia puede causar
diversos efectos en los animales que las consumen. Toda planta produce este
tipo de sustancias, y por tal razón algunas son medicinales y otras son
mortales (Bourgaud,
Gravot, Milesi, & Gontier, 2001).
YouTube. Las plantas
también son criaturas salvajes que luchan por su existencia.
(Ciencias de Joseleg)(Biología)(Introducción y biología celular)(El metabolismo)(Introducción)(Generalidades del metabolismo)(Los metabolismos y las reacciones químicas)(Portadores de energía)(Algunos catabolismos)(Algunos anabolismos)(El metabolismo secundario)(La diabetes)(Referencias bibliográficas)(Versión documento word)
El
anabolismo es un conjunto de reacciones químicas que condicen la energía
obtenida de otros seres vivos o del ambiente inerte para la construcción de
sustancias orgánicas de alto peso molecular y gran complejidad química. Tal vez
el único metabolismo anabólico que se ve en el tema de los metabolismos es la
fotosíntesis, y de la fotosíntesis la única parte verdaderamente anabólica es
la fijación de carbonos o ciclo de Calvin-Benson. Sin embargo, literalmente cualquier
proceso biológico que involucra la síntesis de polímeros a partir de monómeros
más simples es una ruta anabólica, entre las que podemos contar: la síntesis de
proteínas en los ribosomas, el copiado del ADN en el núcleo celular, o la
síntesis de polisacáridos en los diferentes organelos celulares.
La cadena
de transporte de electrones corresponde a un conjunto enzimático que se basa en
el transporte activo de protones (iones H+(aq))
desde un lado de la membrana hacia otro lado de la membrana, ya sea la membrana
de la bacteria, de la mitocondria o del cloroplasto. La fuente de los protones
a mover y de los electrones que suministran la energía del movimiento es el
mismo, las coenzimas que actúan como ácidos de Bronsted como NADH:H+, FADH2 y NADPH en el caso
de la respiración o por el agua en la fotosíntesis. Los electrones fluyen en
medio de la membrana activando una serie sucesiva de enzimas que transfieren a
la fuerza los protones. Básicamente es una corriente eléctrica que se emplea
para poner muchos protones a un solo lado de la membrana celular, provocando un
aumento en la diferencia de cargas positiva y negativa, igual que en una
batería de automóvil. Cuando se llega al punto crítico los protones deben comenzar
a regresar al lado de la membrana de donde provenían, pero esta fuerza es
aprovechada por la célula en forma de una enzima denominada F1F0
ATP sintasa. Esta enzima funciona como el boquete de una represa, empleando la
fuerza proveniente de los protones que funcionan como una cascada de agua para
sintetizar ATP.
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Finalmente,
los electrones despojados de su energía deben entregarse a una molécula que los
acepte, junto a los protones sobrantes para evitar que estos se acumulen de
forma indefinida paralizando todo el sistema. Dependiendo de quién es ese
último aceptor de electrones, la respiración se denominará aeróbica o
anaeróbica. Será aeróbica si el último aceptor es oxígeno gaseoso
La cadena
de transporte de electrones de la fotosíntesis funciona bajo los mismos
principios de la respiratoria, la diferencia radica en que los electrones
empleados no provienen de materia orgánica, sino del agua, y la energía
requerida para que estos muevan la síntesis del ATP provienen de la luz.
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La
fotosíntesis se basa en la destrucción del agua para obtener electrones y
protones, mientras que el oxígeno gaseoso es expulsado como un residuo.
En la fijación
del carbono del ciclo de Calvin-Benson las coenzimas de alta energía obtenidas
en la cadena de transporte de electrones fotosintética se emplean para
construir moléculas orgánicas pesadas a partir del dióxido de carbono de la
atmósfera. El ciclo opera de a una sola molécula de dióxido de carbono por vez
y dado que dicha molécula tiene un solo carbono
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Una vez
liberadas las coenzimas pueden ser empleadas nuevamente en la cadena de
transporte de electrones fotosintética, mientras que la célula puede almacenar
la glucosa en forma de otras sustancias como polisacáridos o grasas. Cabe
destacar que el ciclo de Calvin-Benson no sintetiza la clucosa de 6 carbonos
directamente, en su lugar crea un intermediario de 3 carbonos simbolizado
simplemente como G3P.
La síntesis
de monosacáridos puede darse ya sea directamente desde la fotosíntesis a partir
de la G3P o de otras moléculas de bajo peso molecular, por ejemplo, en la
gluconeogénesis se emplea piruvato proveniente de la glucólisis para restaurar
la glucosa. La gluconeogénesis es una alternativa a la fermentación, y
evidentemente requiere sacrificar energía, pero a cambio evita la perdida final
del piruvato en los productos de la fermentación, o la acumulación de
sustancias toxicas como el mismo piruvato o sus desechos. Los desechos de la
fermentación también pueden emplearse para sintetizar glucosa, siempre y cuando
se sacrifique energía. A partir de los monosacáridos, los polisacáridos son
sintetizados por medio de pasos enzimáticos que dependen del tipo de organismo
del cual estamos hablando, además de que el polímero en sí, puede tener
funciones diferentes dependiendo del modo en que las unidades de carbohidratos
se ensamblan una a la otra como ya vimos en el capítulo de biocompuestos.
La
síntesis de los ácidos grasos se basa en el alargamiento de las cadenas
alifáticas de un ácido carboxílico, recordemos que el grupo funcional carboxilo
se encuentra unido al glicerol en la punta que no se alarga. Como es una cadena
alifática los ácidos grasos son bien inertes a las reacciones químicas no
controladas, lo que los hace un excelente material de reserva de energía, ya
que una vez almacenada en forma alifática es difícil obtenerla de regreso. El
proceso como en todo metabolismo involucra enzimas que se encargan de adicionar
unidades de acetil coenzima A, a la punta de la cadena alifática para alargarla
en unidades de dos carbonos. En lípidos no alifáticos como el colesterol el
proceso es mucho más complejo, ya que involucra donadores isopropenoides, los
cuales se unen entre sí para formar un escaleno que posteriormente es plegado
para formar los típicos anillos de un lanosterol. El lanosterol es la molécula
precursora de otros esteroides como el colesterol y el ergosterol.
A pesar de
que su estudio no emplea precisamente la palabra metabolismo, el asunto es que
tanto en la síntesis de ADN como en la de proteínas se involucra la síntesis de
moléculas grandes y complejas a partir de unos pocos monómeros simples. Sin
embargo, su estudio queda englobado en los temas de genética. Por norma el
capítulo de los metabolismos estará más enfocado a los catabolismos, siendo el
único anabolismo importante a ser analizado el ciclo de Calvin-Benson dentro de
la fotosíntesis.
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