Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de química Laboratorio de fisiología 2017-2
Práctica 7. Absorción de la glucosa en el intestino delgado Grupo: 03 Realización: 17/04/17 Integrantes: ●
Alcaid Alcaide e Palap Palapa a Miriam Miriam ____ _______ _____ ____ ____ _____ ___ Firma
●
Roél Roél Sánc Sánchez hez Ivonne Ivonne ____ ______ _____ _____ ____ ____ __ Firma
●
Sanchez Sanchez Basurto Basurto Arantxa Arantxa Citlali Citlali ______ __________ _______ ___ Firma
●
Nieves Nieves Martíne Martínez z Froilán Froilán Yair
_______ __________ _______ ______ __ Firma
Introducción
La digestión es el conjunto de mecanismos por los cuales se produce la degradación y transformación de los alimentos en moléculas de tamaño reducido. El proceso supone una rotura enzimática tanto de glúcidos, como de proteínas y lípidos, por medio de enzimas de la saliva, jugo gástrico, jugo pancreático y células de las vellosidades intestinales. Los productos finales de la digestión deben, a continuación, atravesar la pared del tubo digestivo y pasar a la sangre (absorción), para ser posteriormente distribuidos a todas las células del organismo. La absorción intestinal se caracteriza por ser un proceso rápido, de tal forma que la digestión y absorción de una comida compleja pueden completarse en menos de tres horas. Es, además, un proceso extraordinariamente eficaz; por ejemplo, la absorción de lípidos y proteínas es superior al 95 %. Aunque en el estómago puede absorberse alcohol y algún otro tipo de moléculas (ciertos fármacos del tipo de la aspirina), sólo lo hacen en cantidades muy reducidas. Los procesos de absorción tienen lugar fundamentalmente en el intestino delgado y en el intestino grueso. El principal lugar de absorción es el intestino delgado, aunque el agua y las sales pueden hacerlo también en el intestino grueso. (Borge, 2011). La transferencia de sustancias a través de la pared del intestino es posible gracias a una estructura especialmente adaptada. La superficie interna es extraordinariamente grande (superior a los 300 m 2), lo que facilita en gran medida el paso de sustancias a través de la misma y, por lo tanto, el proceso de absorción. Esto es posible, en primer lugar, gracias a la existencia de una serie de pliegues que incrementan tres veces la superficie (pliegues de Kerckring); y, en segundo lugar, a la presencia de un gran número de pequeñas vellosidades que la aumentan aún más. Por último, las células de la mucosa intestinal tienen un borde en cepillo, constituido por un gran número de microvellosidades que hacen todavía mayor la superficie de absorción. Estas células denominadas enterocitos, se forman a partir de células precursoras en las profundidades de las criptas de Lieberkühn y luego van emigrando hacia el extremo de la vellosidad. Los enterocitos tienen una vida media de unos pocos días y, cuando envejecen, se van descamando a la luz intestinal. El epitelio intestinal se renueva íntegramente en 6 días. (Borge, 2011) La glucosa es el principal monosacárido en la naturaleza que proporciona energía a las células de una amplia gama de organismos. Esto hace que el transporte de este azúcar (hexosa) al interior celular constituya un proceso esencial para el metabolismo energético y en consecuencia, para los procesos que mantienen la vida. (Vicente Castrejón, 2007). Se han descrito dos sistemas de transporte de glucosa y de otros monosacáridos a través de la membrana celular, llevados a cabo por dos familias de proteínas de membrana: los transportadores de sodio y glucosa llamados SGLT (sodium-glucose transporters) y los transportadores de glucosa llamados GLUT (glucose transporters). (Díaz Hernández, 2002). Los primeros se expresan principalmente en epitelios que se encargan de la absorción y de la reabsorción de nutrientes, esto es, el epitelio del intestino delgado y el epitelio tubular renal respectivamente. Los GLUT se expresan en todas las células del organismo y permiten mover la glucosa de un compartimiento a otro. (Vicente Castrejón, 2007).
Esta hexosa se absorbe por transporte activo secundario por co-transporte con sodio gracias a la proteína transportadora de la membrana del enterocito SGLT1. Hay sitios específicos para el enlace de sodio y el de glucosa (se aprovecha el ingreso de sodio a favor del gradiente electroquímico, entre el exterior y el interior de la célula, para transportar la glucosa en contra de un gradiente químico, Díaz Hernández, 2002), cuando se pegan al transportador este cambia de forma y trasloca el sodio y glucosa al interior del enterocito. La energía para este transporte la da el gradiente mantenido por la bomba de sodio-potasio que está en el lado lateral. La glucosa también puede pasar al intersticio cuando está en gran cantidad en la luz intestinal, el agua pasa a la luz por ósmosis y arrastra las sustancias disueltas en agua (glucosa) y las lleva al espacio paracelular (espacio entre las células). La glucosa pasa del enterocito al intersticio por difusión facilitada gracias a un transportador GLUT2. Este mecanismo de absorción de glucosa se usa para la rehidratación oral en el tratamiento de diarreas, pues al dar sodio y glucosa por boca, se estimula este transporte y entra sodio y agua junto con la glucosa y se para la pérdida de electrolitos y agua. (Universidad Latinoamericana, 2002). Existen algunos factores capaces de afectar el funcionamiento del tracto gastrointestinal. Entre estos factores los más importantes se encuentran los cambios fisiológicos en la diferentes etapas de la vida, así como el efecto de la presencia o ausencia de los nutrientes en el tubo digestivo: (Nieto Martínez, 2013) ● Maduración: Las funciones secretoras y absortivas del intestino maduran durante los dos primeros años de vida. En general, los niños digieren y absorben mejor las grasas provenientes de aceites vegetales, que las grasas de origen animal. ● Vejez: Los cambios de la función intestinal relacionados con la edad ocurren simultáneamente a la pérdida de masa magra (masa libre de grasa). En el anciano, además de afectarse la función gastrointestinal, también se altera la homeostasis de la glucosa, disminuye la depuraciòn de ciertas drogas, varía el control de la temperatura corporal, y se deteriora la función inmunológica, entre otros cambios. ● Adaptación: El tracto gastrointestinal tiene una gran capacidad de adaptación, particularmente en niños. Cuando ocurre una resección intestinal extensa (colectomía, cirugía para extirpar todo o parte del intestino grueso), el intestino residual es capaz de dilatarse considerablemente, incrementar su rugosidad, e hipertrofiar sus vellosidades y microvellosidades; lo cual incrementa el área de superficie y la capacidad absortiva. Además, el recambio celular y la actividad enzimática también se incrementan. Estos cambios adaptativos pueden maximizarse por la exposición de la mucosa a nutrientes, secreciones biliares y pancreáticas y ciertos factores hormonales. ● Nutrición ● Ayuno y/o malnutrición Hipótesis
● La absorción de glucosa será más lenta en el intestino que no posee oxigenación. ● El 2-4 dinitrofenol inhibirá la absorción de glucosa. ● Si se disminuye la temperatura, los movimientos peristálticos del intestino delgado disminuirán y por lo tanto no absorberán la glucosa. Objetivos generales
● Verificar el transporte de glucosa a través del intestino delgado de rata. Objetivos específicos
● Demostrar de qué manera influye la solución Tyrode-glucosa al 2% con oxígeno y sin oxígeno. ● Demostrar de qué manera influye la temperatura en la absorción de glucosa. ● Determinar el efecto del 2-4 dinitrofenol en la absorción intestinal de glucosa. Resultados y cálculos: Escala: Combina Glucose - 50 Tests
Tabla 1. Toma de muestra Tiempo (minutos)
Interior (solución salina de Tryode)
Exterior (solución Tyrode-glucosa)
0
neg
55/1000
15
2.8/50
-
30
5.5/100
-
45
17/300
-
60
55/1000
5.5/100
Gráfica 1 Toma de muestra. Cambios en la concentración de glucosa, dentro del saco intestinal , con respecto al tiempo.
Tabla 2. Efecto de la ausencia de oxígeno en la absorción intestinal de glucosa. Tiempo (Minutos)
Interior (mmol/l) | (mg/dl)
Exterior (mmol/l) | (mg/dl)
0
neg
55/1000
15
neg
-
30
neg
-
45
neg
-
60
neg
55/1000
Gráfica 2.
Tabla 3. Efecto del 2-4 dinitrofenol en la absorción de intestinal de glucosa
Grafica 3.
Tiempo (Minutos)
Interior (mmol/l) | (mg/dl)
Sol. 2,4-dinitrofenol (Ext.) (mmol/l) | (mg/dl)
0
neg
55/1000
15
2.8/50
-
30
2.8/50
-
45
5.5/100
-
60
55/1000
55/1000
Análisis de resultados: ●
Experimento control
Como se observa en la gráfica, el saco intestinal de la rata contenido con una solución salina de Tryode sumergido en una solución de Tryode-glucosa produjo con el paso del tiempo un aumento en la concentración de glucosa dentro del saco intestinal. Cabe destacar que después de 45 minutos de la medición del tiempo, donde la concentración de glucosa dentro del intestino aumentó drásticamente. Por parte del exterior del intestino con la solución Tryode-glucosa los valores de la concentració fueron disminuyendo conforme el tiempo fue pasando. ●
Efecto de la ausencia de oxígeno
En el experimento donde se privó de oxígeno al intestino, se notó una disminución en los niveles de glucosa con respecto a la absorción de glucosa normal. Podemos afirmar que la falta de oxígeno si afecta la absorción ya que en nuestro experimento en la ausencia de éste no presentó un incremento ni aumento y esto concuerda con lo que la literatura nos dice “en ausencia de oxígeno la absorción se inhibe”. (Guyton, 1992) ●
Efecto del 2-4 dinitrofenol
En la tabla se presentan los valores obtenidos por cada intervalo de tiempo, dichos resultados se comparan con el experimento control en donde se puede apreciar que los resultados concuerdan con lo que dice la teoría, pues que el 2-4 dinitrofenol es un veneno metabólico, ya que inhibe el metabolismo de la glucosa así como de la galactosa esto se debe a que dichos carbohidratos necesitan energía en forma de ATP para poder ser transportados pero que dicho “veneno” se encarga de inhibir los procesos que requieren energía. Podemos ver que se lleva a cabo una pequeña absorción de glucosa, pero después de un tiempo ésta se vuelve constante a una concentración baja, a comparación del experimento control (núm 1.), donde la concentración de glucosa iba aumentando conforme el tiempo. Discusión de resultados: ●
Experimento control
Los resultados del experimento control coinciden con los reportado por Guyton (2011). La glucosa se transporta por un mecanismo de cotransporte con el sodio. Si no hay transporte de sodio en la membrana intestinal, apenas se absorberá glucosa. La razón es que la absorción de glucosa se produce mediante un mecanismo de cotransporte con el transporte activo de sodio. Carbó et al (2007) indican que la glucosa y la galactosa entran en las células epiteliales intestinales en contra de sus gradientes de concentración por un mecanismo de cotransporte dependiente de sodio (Na+). El ion Na+ proporciona la fuerza motriz para el movimiento de la glucosa al interior celular. El gradiente químico de Na+ que impulsa el transporte de la glucosa se mantiene por acción de la bomba de Na+ y potasio (K+), llamada también ATPasa de Na+/K+ por utilizar trifosfato de adenosina (ATP) como fuente de energía.
El transporte de sodio a través de la membrana intestinal se divide en dos etapas. En primer lugar, el transporte activo de los iones sodio, que cruza las membranas basolaterales de las células del epitelio intestinal hacia la sangre, provoca el descenso de la concentración intracelular del ion. En segundo lugar, esta reducción del sodio intracelular induce el paso de sodio desde la luz intestinal al interior de la célula epitelial a través del borde en cepillo, gracias a un transporte activo secundario. El sodio se combina primero con una proteína de transporte, pero esta no podrá llevar a cabo su función si no se combina con alguna otra sustancia adecuada, como la glucosa. La glucosa intestinal se combina también con la misma proteína de transporte, de modo que tanto el sodio como la glucosa se transportan juntos hasta el interior de la célula. La menor concentración de sodio dentro de la célula ‘’empuja’’ literalmente al ion y a la glucosa que lo acompaña hacia el interior del enterocito. Una vez allí, otras proteínas de transporte y enzimas facilitan la difusión de la glucosa hacia el espacio paracelular a través de la membrana basolateral, y de allí a la sangre. (Guyton, 2011). El Na+ que ingresó al interior celular junto con la glucosa o la galactosa es bombeado hacia fuera nuevamente, manteniéndose el gradiente a favor de la entrada de este ión. (Carbó et al. 2007) El motor central de la absorción de sodio es el transporte activo del ion desde el interior de las células epiteliales, a través de su pared basal y lateral, hasta los espacios paracelulares. Este transporte activo obedece a las leyes habituales de dicho proceso: necesita energía y el proceso energético está catalizado por las enzimas trifosfatasas de adenosina (ATP) correspondientes de la membrana celular (Guyton, 2011) ●
Efecto de la ausencia de oxígeno
En el la tabla dos, no teníamos la presencia de un suministro de oxígeno, lo cual provocó como lo podemos ver en la tabla dos y en la gráfica dos que la absorción de glucosa se llevará a cabo de una manera más lenta que en el dispositivo uno que si tenía suministro de oxígeno. Esta disminución de la absorción de glucosa en el intestino delgado de la rata se debe a que como no hay oxígeno, no hay producción quimiosmótica de ATP. Sin oxígeno para “empujar” los electrones cuesta abajo por la cadena transportadora, la energía almacenada en el NADH no podría ser extraída y utilizada para sintetizar ATP. Al no haber ATP disponible para hidrolizar, no funciona la bomba de Na+/K+, y por lo tanto no se mantienen las bajas concentraciones de Na+ en el interior de la célula lo cual evita que el Na+ del exterior de la célula entre a la célula por gradiente de concentración y “arrastre” consigo a la glucosa. De esta manera la glucosa no puede atravesar la membrana de las células epiteliales del intestino delgado de la rata. El ion Na+ proporciona la fuerza motriz para el movimiento de la glucosa al interior celular. El gradiente químico de Na+ que impulsa el transporte de la glucosa se mantiene por acción de la bomba Na+ y K+ (Sodio-Potasio) llamada también ATPasa de NA+/K+ por utilizar trifosfato de adenosina (ATP) como fuente de energía. ●
Efecto del 2-4 dinitrofenol
En comparación con el experimento control, si se notó absorción de glucosa pero esta fue en cantidades mínimas tan sólo 2.8/50 mmol/l en 30 minutos. Esto se debe a que el 2-4 dinitrofenol es
un agente desacoplante, es decir, desacopla la fosforilación oxidativa, lo cual tiene como consecuencia una inhibición de los procesos que requieren energía, una pérdida de las reservas que requieren fosfatos ricos en energía, una estimulación de la glucólisis y la consecuente disipación de más energía como calor. (Guyton, 1992) El dinitrofenol (DNP) es un agente desacoplante, porque tiene la capacidad de aislar el flujo de los electrones y el bombeo de H+ de la síntesis de ATP. Esto significa que la energía de la transferencia de electrones no se puede usar para la síntesis de ATP en la fosforilación oxidativa. Los agentes desacoplantes actúan como ácidos lipofílicos débiles, que se asocian con protones en el exterior de la mitocondria, que pasan a través de la membrana unidos a un protón, y que se disocian del protón en el interior de la mitocondria. Estos agentes causan tasas de respiración máxima pero el transporte de electrones no genera ATP, debido a que los protones translocados no regresan a la matriz mitocondrial a través de la ATP sintetasa. Por consecuencia la absorción de la glucosa se ve inhibida por la presencia de DNP aunque existe la presencia de SGLT y GLUT estos se ven disminuidos en funciones por la carencia neta de ATP como fuente de energía. (Fundamentos de bioquímica, 2007) Conclusiones
La ausencia de oxígeno inhibe la absorción de glucosa por el intestino de la rata, esto debido a que el oxígeno participa activamente en la producción de ATP. La adición de 2-4 dinitrofenol provoca una inhibición en la absorción de glucosa por el intestino de la rata, esto debido a que detiene el flujo de protones y electrones de la cadena respiratoria. Es muy importante mantener las condiciones óptimas para que el intestino lleve sus procesos fisiológicos de manera normal y se pueda apreciar la absorción de glucosa, es decir, la presencia de oxígeno y la temperatura a 37ºC son factores que favorecen la absorción de glucosa. El transporte de glucosa al interior del intestino es por medio de un cotransportador (SGLT). Se dice que es un transporte activo secundario ya que el sodio al salir necesita energía en forma de ATP. Ya en el interior del enterocito el transporte es facilitado por medio del canal GLUT. Bibliografía
Fox Stuart. 2011. “Fisiología humana”. 12° edición. McGraw Hill. pp 182-183, 650. Juli Peretó. 2007. Fundamentos de bioquímica. Universitat de Valencia. pp 218-220. ● Guyton, A. y Hall, J. 2001. Tratado de Fisiología Médica. 11º edición. Mc Graw Hill 796. pp 79. ● ●
●
●
Fernández. J, Prieto. M, Efecto de cuatro inhibidores metabólicos (INH, DNP, 2,4-D y CMU) sobre la actividad fotosintética de plántulas de cebada (Hordeum vulgare L.) Y MAÍZ (Zea mais L.). Borge, M. J. N. (2011, May 18). Tema 6. Digestión y absorción. Retrieved April 22, 2017, from OCW Universidad de Cantabria Web site: http://ocw.unican.es/ciencias-de-la-salud/fisiologia-humana-2011-g367/material-de-clase/bloq
●
●
●
ue-tematico-5.-fisiologia-del-aparato/tema-6.-digestion-y-absorcion/tema-6.-digestion-y-absor cion. Castrejón Vicente, Carbó Roxana, Martínez Martín. (2007). MECANISMOS MOLECULARES QUE INTERVIENEN EN EL TRANSPORTE DE LA GLUCOSA. 22/04/2017, de Revista de Educación Bioquímica (REB) Sitio web: http://www.facmed.unam.mx/publicaciones/ampb/numeros/2007/02/e_TranspoGlucosa.pdf Díaz Hernández Diana P., Burgos Herrera Luis Carlos. (2002). ¿Cómo se transporta la glucosa a través de la membrana celular?. 22/04/2017, de IATREIA (Revista Médica de la Universidad de Antioquía) Sitio web: http://www.scielo.org.co/pdf/iat/v15n3/v15n3a4.pdf S/A. (2002). Tema 10. Absorción de Nutrientes. 22/04/2017, de Universidad Latinoamericana Sitio web: http://www.saber.ula.ve/bitstream/123456789/32972/6/clase_10.pdf
