Absorción intestinal de los aminoácidos Los aminoácidos producto de la digestión de las proteínas son absorbidos por mecanismos de transporte activo (simporte con sodio); existen varios sistemas transportadores para distintos grupos de aminoácidos. Los aminoácidos absorbidos absorbidos son transportados por la sangre y la linfa. La mayoría llegan en primer lugar al hígado a través de la circulación portal y después alcanzan todas las células del organismo donde se incorporan a sus correspondientes correspondientes vías metabólicas (Fig. 10.3).
Fig. 10.3. 10.3. La mayor parte de la sangre que retorna del área intestinal lo hace a través del sistema portal hepático, por lo cual la mayoría de los aminoácidos absorbidos en el intestino alcanzan, en primer lugar, el hígado y, ulteriormente, el resto de las células del organismo organismo..
Es notable que en los recién nacidos, en las primeras horas después del parto, algunas proteínas ingeridas pueden alcanzar intactas el torrente circulatorio. Se afirma que de este modo adquieren inmunidad pasiva al i ncorpora ncorporarr inmunoglobulinas A presentes en el calostro materno. Pool de aminoácidos El término del inglés " pool " ha sido incorporado a la terminología bioquímica ya que no se ha propuesto ningún término del espa?ol que logre expresar su contenido. Pool es un concepto que se aplica a compuestos específicos. específicos. Como es sabido, en nuestro organismo las diferentes biomoléculas se encuentran distribuidas en los diferentes líquidos corporales, plasma, linfa, líquido intersticial, líquido intracelular y otros. En lo habitual cuando se hace referencia al pool de un compuesto determinado estamos haciendo abstracción de esta distribución compartimentada compartimentada y creamos un modelo donde todas estas biomoléculas están presentes en un compartimiento único. Refiriéndonos al pool de aminoácidos, este concepto está expresando la concentración y estado de todos los aminoácidos libres presentes en el organismo, en un momento dado. En ocasiones el concepto de pool se limita a un compartimiento determinado, pudiéndose pudiéndose hacer referencia, por ejemplo, al pool intramitocondrial de determinada sustancia. El pool de cualquier sustancia no tiene un carácter estático, sino que mantiene un estado dinámico que se manifiesta por el continuo ingreso y egreso de sus componentes. Este carácter dinámico refleja el principio del recambio continuo que es un atributo general de la materia viva. En términos generales este estado dinámico tiene tales características cuantitativas que la composición del pool en diferentes momentos suele mantenerse dentro de límites relativamente estrechos, afirmándose que resulta desde el punto de vista biológico, constante. En el caso del pool de aminoácidos existen procesos que de forma continua aportan y sustraen estas biomoléculas de su pool . Pasemos a considerar considerarlas las de manera breve.
Procesos que aportan y sustraen aminoácidos al pool Los procesos que aportan aminoácidos al pool de estos compuestos son los siguientes: 1. La absorción intestinal. 2. El catabolismo de proteínas hísticas. 3. La síntesis de aminoácidos. En sentido contrario actúan procesos que sustraen aminoácidos del pool y son los siguientes: 1. La síntesis de proteínas. 2. La síntesis de otros compuestos nitrogenados. 3. El catabolismo de aminoácidos (Fig. 10.4).
Fig. 10.4. Representación esquemática del pool de aminoácidos y los procesos relacionados con él. El balance entre los procesos que aportan y sustraen, aminoácidos al pool, determina que éste permanezca en un estado de equilibrio dinámico. Estos procesos se encuentran interrelacionados a través del propio pool .
La absorción intestinal de aminoácidos fue considerada con anterioridad en este capítulo. Esta es la principal fuente de ingreso de aminoácidos a nuestro organismo y alcanza un i mporte total de 70 a 100 g diarios en un adulto normal. El catabolismo de proteínas hísticas se refiere a la degradación continua que experimentan las proteínas presentes en los tejidos de nuestro organismo, tanto las de carácter intracelular como extracelular. Como quiera que el producto final de estos procesos son los aminoácidos constituyentes, este es un mecanismo que incrementa el contenido de aminoácidos del pool. El catabolismo de proteínas hísticas es l a vertiente degradativa del recambio continuo de estas proteínas que también están sujetas a mecanismos continuos de síntesis y degradación. En los últimos a?os se han experimentado avances notables en el conocimiento de los procesos del catabolismo intracelular de proteínas celulares. Se sabe que en el mismo participan enzimas proteolíticas semejantes a las enzimas proteolíticas encargadas de la degradación digestiva de las proteínas. Tres sistemas intracelulares participan en la degradación intracelular de proteínas. En relación con el catabolismo de proteínas en condiciones fisiológicas normales el papel fundamental corresponde a los proteasomas, que son complejos supramacromoleculares de alrededor de 1 000 000 D. Estos complejos tienen actividad proteolítica variada y durante su ensamblaje y funcionamiento se requiere energía proveniente del ATP. Un hecho sobresaliente de este sistema es que las proteínas que en él se degradan suelen ser " marcadas" para su destrucción mediante su unión a una peque?a proteína de 76 aminoácidos denominada ubiquitina. Este proceso de ubiquitinización resulta influido por las secuencias de las proteínas a degradar, lo cual explica en parte que las proteínas intracelulares presenten vidas medias tan diferentes como de unas horas a varios días. El catabolismo intracelular de proteínas está sujeto a delicados mecanismos de regulación y se sabe que resulta inhibido por varios aminoácidos y por la hormona insulina, mientras que el glucagón y los glucocorticoides lo estimulan.
También participan en la degradación intracelular de proteínas los lisosomas. Estos organelos contienen enzimas proteolíticas denominadas captepsinas (D, H, B, E). Sin embargo, el sistema lisosomal parece que está implicado en la degradación de proteínas de membrana y otras de vida media prolongada, así como en situaciones en que se incrementan los procesos de autofagia. Las caspasas son enzimas proteolíticas que poseen cisteína en su centro activo. Se encuentran en el medio intracelular en forma de procaspasas y su función biológica está vinculada con los mecanismos de apoptosis o muerte celular programada, especialmente cuando este proceso es desencadenado por la liberación de citocromo c mitocondrial. La síntesis de aminoácidos se refiere a la formación de estos compuestos a partir de biomoléculas precursoras que se obtienen de las vías metabólicas de los glúcidos. Si bien es cierto que mediante este proceso se aportan aminoácidos al pool, el mismo tiene limitaciones cualitativas, ya que, por no contar con las vías metabólicas correspondientes, nuestro organismo es incapaz de sintetizar algunos de los aminoácidos presentes en el pool. Como se puede colegir, la división de los aminoácidos entre aquellos que pueden ser sintetizados y l os que no pueden ser sintetizados tiene importantes implicaciones relacionadas con la obtención de los segundos. Sobre este aspecto se tratará más adelante. La síntesis de proteínas es un importante proceso consumidor de aminoácidos que sustrae de manera continua estos compuestos de su pool. Es la contrapartida del catabolismo de proteínas hísticas en cuanto al recambio continuo de las mismas y también se encuentra sometido a delicados mecanismos de regulación. Por su complejidad los detalles de este proceso se estudian dentro de la genética molecular. Quede entendido que su adecuado funcionamiento requiere una adecuada composición cuantitativa y cualitativa del pool de aminoácidos. La síntesis de otros compuestos nitrogenados se refiere a la utilización de aminoácidos en la formación de otros compuestos nitrogenados de bajo peso molecular tales como creatina, nucleótidos, grupos hemo, etc. Se comprende que esta utilización sustrae aminoácidos de su pool. Debe tenerse en cuenta que esta sustracción es selectiva en el sentido que cada uno de estos compuestos tiene como precursores determinados aminoácidos. Para los detalles se recomienda consultar las vías biosintéticas correspondientes. La intensidad de estos procesos depende de la vía particular de que se trate, el tipo de tejido y el estado fisiológico del organismo. El catabolismo de los aminoácidos es la degradación de estos compuestos a los fines de obtención de energía metabólica en forma de ATP. Probablemente por la importancia que tienen los aminoácidos en la síntesis de proteínas muchos estudiantes no interiorizan la importancia que tienen los aminoácidos desde el punto de vista del balance energético del organismo. De hecho cada día unos 70 g de aminoácidos son utilizados con estos fines y, de esta forma se sustraen del pool tanto los aminoácidos que pueden ser sintetizados por nuestro organismo como aquellos donde esto no es así. El catabolismo de aminoácidos cubre alrededor de 20 % de nuestras necesidades energéticas diarias. Esta proporción puede variar de acuerdo a la composición de la dieta y el estado fisiológico del organismo. Una particularidad del catabolismo de los aminoácidos es que los productos finales que se obtienen incluyen al NH 3 además de CO2 y H2O. La formación de este producto terminal adicional condiciona la necesidad de determinados mecanismos de detoxificación. Además de su degradación total hasta NH3, CO2 y H2O, los aminoácidos pueden experimentar su degradación parcial de modo que sus cadenas carbonadas pueden ser convertidas de forma total o parcial, en glúcidos o lípidos.
Por sus disímiles estructuras los diferentes aminoácidos tienen desigual rendimiento energético durante su catabolismo. Como promedio práctico se considera que la degradación de aminoácidos aporta 4 Kcal /mol -1 que es el mismo valor que se asigna a las proteínas de la dieta en los cálculos nutricionales. Aminoácidos esenciales y no esenciales Como ya se ha mencionado, no todos los diferentes aminoácidos pueden ser sintetizados en nuestro organismo. Esto obedece a que, comúnmente, la síntesis de un aminoácido en particular requiere la obtención de su esqueleto carbonado en el cual se introduce el característico grupo amino de estos compuestos. La introducción de grupos amino es un mecanismo generalizado en el metabolismo, pero no todas las cadenas carbonadas de los aminoácidos pueden ser obtenidas a partir de precursores no aminoacídicos como los glúcidos. La pérdida de esta capacidad en los organismos superiores ha sido un proceso evolutivo mediante el cual se ha prescindido de vías biosintéticas especializadas en la síntesis de determinados compuestos que pueden obtenerse de forma más económica a través de los alimentos, si se supone que la dieta tenga una composición adecuada. Muchos microorganismos y plantas conservan la capacidad de sintetizar todos los aminoácidos, y las limitaciones que en este sentido presentan otros organismos vivos muestran algunas diferencias entre las diferentes especies. Esta situación ha conducido a clasificar a los aminoácidos en dos categorías, los " no esenciales",que son aquellos que el organismo puede sintetizar; y los " esenciales", que son los que no pueden ser sintetizados por un organismo determinado. En algunos textos se utilizan los términos "dispensables" e "indispensables" para aludir a estas características. Desde luego que, en ciencias de la salud, el interés se centra en conocer cuáles son los aminoácidos esenciales y no esenciales para el ser humano. La relevancia de estos conceptos se vincula al hecho de que la única forma de obtener los aminoácidos esenciales es a través de su ingestión con los alimentos. En el cuadro 10.1 se presentan los diferentes aminoácidos agrupados de acuerdo con su condición de esenciales o no esenciales. Cuadro 10.1 Aminoácidos esenciales y no esenciales en el ser humano.
* Esencial solamente durante el crecimiento, no en el adulto.
Proteínas de la dieta común Como ha sido se?alado en la introducción, los aminoácidos constituyen el centro del metabolismo de compuestos nitrogenados de bajo peso molecular. La principal fuente de aminoácidos para nuestro organismo es la dieta. Pero es importante destacar que el contenido de aminoácidos libres en los alimentos es muy pobre, la mayor parte de l os aminoácidos que en ellos se encuentran son parte de las proteínas presentes en múltiples productos de origen animal o vegetal que nos sirven de alimento. Como nuestros alimentos proceden de organismos vivos de diversa índole, su contenido en proteínas es muy variado. Por una parte la composición de aminoácidos de una fuente de proteínas a otra, es diferente, pero también el contenido cuantitativo de proteínas en los diferentes alimentos es muy variable, siendo más elevado en las carnes y semillas que en los tubérculos y hojas. La composición cuantitativa y cualitativa de las proteínas de los alimentos reviste una importancia práctica considerable, ya que, es imperioso ingerir determinadas cantidades de este tipo de nutriente para garantizar un apropiado estado de salud. Las proteínas de la dieta son, por tanto, un requerimiento nutricional cuyas particularidades se consideran en el siguiente apartado. Digestión de las proteínas Una vez ingeridos los alimentos que nos aportan proteínas se produce su digestión química mediante la acción de enzimas proteolíticas (proteasas), cuya acción general consiste en la hidrólisis de los enlaces peptídicos (Fig. 10.1). La masticación previa, al producir el desmenuzamiento de los alimentos facilita el acceso mutuo entre estas enzimas y sus sustratos.
Fig. 10.1. Las enzimas proteolíticas catalizan una reacción hidrolítica en la cual se produce la ruptura de un enlace peptídico con la incorporación de los elementos del agua. En el punto de ruptura quedan restituidos los grupos amino y carboxilo que participaban en dicho enlace.
Las enzimas proteolíticas digestivas se encuentran en las secreciones del estómago, el páncreas y el intestino delgado. Estas enzimas, de acuerdo a su modalidad de acción, se denominan proteinasas (endopeptidasas) a aquellas que hidrolizan los enlaces peptídicos interiores de grandes cadenas polipeptídicas, mientras que el término peptidasas (exopeptidasas) se reserva para las que atacan los polipéptidos sustratos por sus extremos; en este caso se distinguen las aminopeptidasas y las carboxipeptidasas según el extremo del polipéptido por donde llevan a cabo su ataque proteolítico. Las principales enzimas proteolíticas del aparato digestivo son las proteinasas: pepsina, tripsina, quimotripsina y elastasa; mientras que las peptidasas incluyen: aminopeptidasas, carboxipeptidasas, dipeptidasas y otras. Pepsina La pepsina es segregada por las células de la mucosa gástrica en forma de zimógeno o proenzima denominado pepsinógeno. Esta secreción en forma de un precursor inactivo es bastante común en el caso de las enzimas proteolíticas digestivas, y se asegura así que solo desarrollen su actividad degradativa una vez que son activadas en la luz de los órganos
digestivos. La activación del pepsinógeno se lleva a cabo por el HCl presente en la secreción gástrica, o autocatalíticamente por la propia pepsina.
El pH óptimo de la pepsina está entre 1,5 y 2,5 lo cual se corresponde con el pH ácido típico del contenido gástrico debido a la secreción simultánea de HCl. La pepsina hidroliza con preferencia los enlaces peptídicos cuyo grupo amino pertenece a aminoácidos aromáticos, pero otros enlaces son también atacados en forma más lenta de modo que en las proteínas comunes de la dieta la pepsina provoca la hidrólisis de 10 a 15 % de sus enlaces peptídicos. Tripsina La tripsina es segregada en el jugo pancreático en forma de tripsinógeno, su zimógeno. Su activación se produce en el intestino delgado por acción de una enzima intestinal, la enteroquinasa (enteropeptidasa).
La tripsina tiene un pH óptimo de 7,0 a 9,0 por lo que para su acción resulta importante la acción neutralizante del bicarbonato sobre el contenido ácido del estómago que arriba al duodeno. Esta enzima ejerce su acción de preferencia sobre enlaces peptídicos cuyo grupo carboxilo es aportado por aminoácidos básicos. Quimotripsina El páncreas segrega el quimotripsinógeno que resulta convertido en quimotripsina en la luz del duodeno, por acción de la tripsina o la propia quimotripsina.
El pH óptimo de esta enzima es también ligeramente alcalino, entre 7,0 y 9,0. Esta enzima actúa sobre enlaces peptídicos cuyos grupos carboxilo pertenecen a aminoácidos aromáticos o hidrofóbicos. Elastasa El jugo pancreático contiene también proelastasa que resulta convertida en elastasa por acción de la tripsina. Se le asignó este nombre porque es capaz de hidrolizar a la elastina, una proteína fibrosa. La elastasa hidroliza de preferencia enlaces peptídicos cuyo grupo carboxilo corresponde al aminoácido alanina. Peptidasas digestivas La acción inicial de las proteinasas rinde como productos de su acción una mezcla de péptidos más o menos peque?os. Este proceso digestivo es completado por las peptidasas, algunas de las
cuales son de origen pancreático, mientras otras están presentes en las zonas apicales de l as células que revisten el intestino. El páncreas segrega las procarboxipeptidasas A y B que son activadas por acción de la quimotripsina. Estas enzimas atacan los péptidos por su extremo carboxilo terminal liberando aminoácidos en forma consecutiva. En el jugo intestinal se encuentra una peptidasa, la leucinaminopeptidasa que actúa sobre los extremos amino de los péptidos. La acción de todas estas enzimas extracelulares sobre las proteínas de la dieta rinde como productos finales una mezcla de aminoácidos libres (30 a 40 %) y diversos dipéptidos y tripéptidos (60 a 70 %). Estos últimos son incorporados al interior de las células del epitelio intestinal por mecanismos de transporte activo, una vez dentro de estas células, diferentes peptidasas completan la digestión de estos oligopéptidos residuales. Al final del proceso las proteínas ingeridas con los alimentos, quedan convertidas en una mezcla heterogénea de aminoácidos libres más una ínfima proporción de peque?os oligopéptidos (Fig. 10.2).
Fig. 10.2. Sobre las proteínas de la dieta actúan, inicialmente, las proteinasas que hidrolizan enlaces peptídicos del interior de las cadenas, con lo cual estas resultan fragmentadas en péptidos de longitud variable. Las peptidasas, al actuar sobre estos péptidos, hidrolizan los enlaces peptídicos restantes y se obtiene una mezcla de aminoácidos libres. La tabla siguiente resume las características de las principales enzimas proteolíticas digestivas. Tabla 10.1 Características de las principales enzimas proteolíticas digestivas.
Enzima
Zimógeno
pH Especificidad Localización óptimo
Pepsina
Pepsinógeno
1,5 a 2,2
-X-Trip-X-Fen-X-Tir-
Estóm
Tripsina
Tripsinógeno
8,0 a 9,0
-Lis-X-Arg-X-
Duodeno
Elastasa
Proelastasa
8,0 a 9,0
X-Ala-X-
Duodeno
Quimotripsinógeno
8,0 a 9,0
-X-Trip-X-Fen-X-Tir-
Duodeno
7,4
-X-Y-COOH
Duodeno
Quimotripsina
Carboxipedasas Procarboxipeptidas a
Aminopeptidasa
----
----
H2N-X-Y-
Duodeno
Dipéptidasa
----
----
H2N-X-YCOOH
Duodeno
Digestibilidad de las proteínas Debido a su composición en aminoácidos y otras propiedades, el grado de digestión alcanzado en las diferentes proteínas presentes en los alimentos es variable. Algunas proteínas, como la caseína de la leche, son degradadas de forma completa hasta sus aminoácidos constituyentes, los cuales, por tanto, son absorbidos en su totalidad. Se puede afirmar que en estos casos todo el nitrógeno aminoacídico de estas proteínas resulta aprovechado por el organismo. En otros casos algunos enlaces de ciertas proteínas resisten la acción de las enzimas proteolíticas digestivas de modo que algunos péptidos residuales permanecen con masas moleculares que impiden su absorción y resultan al final excretados con las heces fecales. Es obvio que, en estos casos el aprovechamiento del nitrógeno aminoacídico de dichas proteínas no es completo. Esta característica de las proteínas que ingerimos en nuestra dieta recibe el nombre de digestibilidad y suele expresarse en valores porcentuales. Una digestibilidad de 100 % corresponde a una proteína que se degrada de forma completa y se aprovecha en su totalidad; valores inferiores indican el grado de limitación en este aprovechamiento.
