INTEGRACION DEL METABOLISMO

Vista previa del material en texto

Contenido
• Metas
• Niveles de integración
• Niveles de regulación
• Principios generales en la regulación de vías metabólicas
• Integración a nivel celular
• Especialización metabólica de los tejidos
• Regulación hormonal
• Organización del sistema endocrino en los mamíferos
 
 
Conceptos clave
1 ¿Cuál es la función de la homeostasis?
2 ¿En qué consisten los niveles del control del metabolismo?
3 ¿Cuál es la ventaja de la compartamentalización?
4 ¿Qué significa una encrucijada metabólica?
5 ¿Cuál es la relevancia de un metabolismo particular por tejido?
6 ¿Cuál es el papel de las hormonas en la regulación del metabolismo?
 
 
La alimentación de las personas de distintas regiones de seguro muestran variaciones
significativas que son compatibles con un estado de salud adecuado; esto, a pesar de que
unos pueblos tienen como base de su alimentación el arroz, otros las grasas de pescado o
bien, una mezcla de sangre y leche. Asimismo, en un mismo individuo, la ingesta puede
variar de forma amplia en su cantidad, así como en la proporción de carbohidratos,
lípidos y proteínas. Esto sugiere la presencia de un sistema de adaptación, integración,
regulación y coordinación del metabolismo muy eficiente y preciso. Es otras palabras, el
894
https://booksmedicos.org
organismo de los seres humanos tiene los mecanismos que le permiten mantenerlo sano,
con independencia del estilo de vida en el terreno alimentario. Este capítulo ofrece un
resumen de los principales sistemas de integración del metabolismo.
 
895
https://booksmedicos.org
Metas
Una célula o un ser humano intercambian de forma continua materia y energía con el
entorno que los rodea. Al suspenderse el intercambio, desaparece esa propiedad que
llamamos vida. Una de las condiciones para mantener y perpetuar la vida es la
conservación de la homeostasis, o sea, la constancia del medio interno dentro de límites
estrechos. Dicha homeostasia es el resultado de múltiples sistemas de ajuste; no es la
ausencia de cambio, sino una situación de equilibrio dinámico. La constancia del medio
interno en los seres vivos contrasta con los cambios continuos en el entorno que los
rodea; por lo tan​to, los seres vivos disponen de un conjunto de mecanismos de
adaptación para integrar y dar armonía al metabolismo y lograr la homeostasia. Los
organismos más adaptados a su entorno, los que mejor integran su metabolismo y
alcanzan la homeostasia, son los que sobreviven. La meta de la integración metabólica
individual, desde el organismo unicelular hasta el ser humano, es la supervivencia.
Las diferentes formas de integración metabólica, de seguro ha sido de enorme
importancia en la evolución de las especies, la cual puede concebirse como la capacidad
de adaptación al entorno, lo que se traduce en un mayor número de copias de DNA o un
mayor número de individuos de la especie.
 
896
https://booksmedicos.org
Niveles de integración
Como motivo de estudio, el nivel más sencillo de integración es el de la vía metabólica
aislada analizada desde su operación integral, identificando las enzimas clave y sus
moduladores, entre otros, tal como se observa en la célula íntegra e incluso en el
organismo como un todo. El siguiente nivel de integración se aprecia en los organelos
celulares, los cuales comparten metabolitos a través de transportadores específicos. El
nivel subsecuente incluye a la célula, incluso puede estudiarse la integración metabólica a
nivel de tejidos, o bien de órganos. en donde es preciso incluir las moléculas mensajeras,
que llevan información a las células adyacentes, y al medio de comunicación entre las
células como participantes de la integración metabólica. Un último nivel de integración
metabólica es el del organismo completo. Por último, es importante considerar que en la
integración metabólica del individuo, los sistemas de integración del metabolismo
establecidos en todos los niveles señalados se suman y se encuentran funcionando de
manera activa e interactuando.
 
897
https://booksmedicos.org
Niveles de regulación
En el ser humano hay tres niveles de regulación del metabolismo. El primer nivel se
realiza a nivel enzimático, permitiendo que cada célula controle sus procesos
metabólicos. El segundo nivel corresponde al hormonal, las cuales juegan un papel
relevante al dictar a ciertos grupos celulares u órganos el tipo de actividad metabólica que
deben seguir en beneficio de la integridad del individuo. Por último, está el nivel
genético, un método de control a largo plazo que responde a estímulos tanto internos
como externos del medio ambiente en donde se desenvuelve el individuo.
 
Regulación a nivel enzimático
En el control a nivel enzimático se deben considerar varios factores como son la
concentración de sustratos y productos, de las enzimas, ciertos metabolitos moduladores
y la localización de las vías en compartimiento específicos, como se describe adelante.
El nivel más sencillo de integración metabólica es el de la vía metabólica, en donde la
regulación puede depender de una o varias enzimas. En varios capítulos se ha revisado la
regulación en donde las enzimas adquieren relevancia. Por un lado está la concentración,
ya que como se revisó en capítulos anteriores, hay enzimas constitutivas e inducibles.
Esto quiere decir que en función de la actividad celular, la concentración de ciertas
enzimas puede ser un factor que regula la velocidad de una vía metabólica. También se
observó que la actividad de las enzimas depende de la concentración de los sustratos y en
algunos casos, su transformación en producto puede ser un inhibidor de la enzima que lo
formó. Esto significa que la actividad de las enzimas en la regulación metabólica también
depende de la concentración de los metabolitos, incluso, de algunos que no son propios
de la vía.
De acuerdo al tipo de enzima, existen moduladores tanto positivos como negativos, que
regulan la actividad de las enzimas alostéricas, siendo un factor relevante que mantiene
coordinado el metabolismo entre diferentes vías.
Un aspecto que también se debe considerar es la localización de los metabolitos y sus
enzimas distribuidos en los diferentes organelos celulares. Un ejemplo ilustrativo es el
estudio de la síntesis de colesterol, en la cual participan tanto las mitocondrias como el
citoplasma, en donde los sistemas tanto de transporte a nivel membranal como las
coenzimas necesarias en ambos compartimientos permiten que se realice de manera
coordinada la colesterogénesis.
 
Regulación a nivel hormonal
Las hormonas son un conjunto de moléculas que se producen en tejidos específicos que
llevan la señal a tejidos blanco o células dianas para que modifiquen su metabolismo en
beneficio del sujeto. En términos generales, las hormonas tienen una estructura proteica o
lipídica. En el caso de las hormonas proteicas, éstas desencadenan una serie de
reacciones que tienen como objetivo amplificar una señal a través de segundos
898
https://booksmedicos.org
mensajeros que culmina, por ejemplo, en la liberación de cantidad suficiente de glucosa
en el torrente circulatorio ante una situación de estrés, como es el caso de la acción de la
adrenalina. En este ejemplo y como se revisó en el capítulo 16, existen una serie de
modificaciones al metabolismo a través de sus diferentes enzimas que le permiten al
organismo responder de manera eficiente y mantener su integridad funcional.
 
Regulación a nivel genético
El nivel de regulación genética implica, por un lado, los cambios que se producen como
consecuencia del efecto que tiene el ambiente en donde se desenvuelve el individuo
(epigenética), y por otro, la cambios que las propias células generan como producto de
los estímulos hormonales o de los metabolitos que se ejercen sobre la expresión de genes.
 
899
https://booksmedicos.org
Principios generales en la regulación de vías metabólicas
Si bien la integración de cada vía metabólica completa es única y exclusiva, hay varios
principios generales que se repiten y coadyuvan a la regulación y posterior integraciónde
cada una de las vías. En el capítulo 17 se detallaron principios generales que se aplican a
la regulación de las vías metabólicas como: el flujo de sustratos depende en buena
medida de la “funcionalidad” de las enzimas clave, que a su vez depende de la cantidad
de enzima, de sus propiedades catalítica (controlada en parte por moduladores alostéricos
y modificaciones covalentes reversibles) y, desde luego, la disponibilidad de sustrato.
El estudio de los modulares alostéricos que actúan como inhibidores o activadores de
las enzimas clave en las diversas vías metabólicas, es importante porque son un referente
del estado energético que en su momento tiene la célula. Por ejemplo, un incremento de
los niveles de ADP y AMP está asociado de forma directa a un decremento de ATP y
viceversa, dado que la concentración de los nucleótidos de adenina intracelular
permanece casi constante. Los niveles elevados de ADP y AMP indican que la célula
requiere de la síntesis de ATP, por lo que estos nucleótidos de adenina son uno de los
muchos indicadores alostéricos que modifican la actividad de las enzimas para garantizar
la viabilidad celular. El cuadro 25-1 ofrece ejemplos ilustrativos que se comentan con
mayor detalle en la siguiente sección.
 
Cuadro 25-1. Principales modulares fisiológicos de las vías metabólicas en un hepatocito
Principales vías
catabólicas
Principal enzima
controladora
Inhibidor(es) de la vía Activador(es) de la vía
Glucogenólisis Fosforilasa ATP AMP cíclico, Ca2+, AMP
Glucólisis Fosfofructocinasa AMP cíclico, ATP, citrato,
fosfoenol piruvato
Fructosa 2,6-bisfosfato, AMP,
ADP
Oxidación del piruvato Piruvato deshidrogenasa Acetil-CoA, NADH, ATP CoA, NAD+, AMP, ADP,
piruvato, Ca2+
Vía de las pentosas Glucosa-6-fosfato
deshidrogenasa
NADPH NADP+
β-Oxidación Carnitina acil-transferasa I malonil-CoA Oxalacetato, NAD+
Oxidación de cuerpos
cetónicos
 Oxalacetato Acetil-CoA
Ciclo de los ácidos
tricarboxílicos
Citrato sintasa
Isocitrato deshidrogenasa
Inhibidores: ATP, NADH
Activadores: Ca2+, ADP
2-alfa-cetoglutarato
deshidrogenasa
ATP ADP
Cadena respiratoria NADH, FADH2 NAD+, FAD
Fosforilación oxidativa ATP sintasa ATP ADP
Proteólisis
900
https://booksmedicos.org
 
Desaminación Deshidrogenasa glutámica GTP, ATP GDP, ADP
Vías anabólicas 
Glucogénesis Glucógeno sintasa AMP cíclico, Ca2+ Glucosa-6-fosfato
Gluconeogénesis Piruvato carboxilasa ADP Acetil-CoA
 Fructosa 1,6-bisfosfatasa AMP, fructosa 2,6-bisfosfato ATP, AMP cíclico
Lipogénesis Acetil-CoA carboxilasa Acil-CoA, AMP cíclico Citrato, ATP, NADPH, acetil-
CoA
Síntesis de colesterol Hidroximetilglutaril-CoA
reductasa
Colesterol, mevalonato, ácidos
biliares
ATP
Síntesis de proteínas GDP, ADP, cetoácidos ATP, GTP, aminoácidos
Ureogénesis Carbamil-fosfato sintetasa I N-acetil-glutamato, ATP
 
 
Complejos multienzimáticos. Algunas de las vías metabólicas muestran una
organización de las enzimas que la constituyen en forma de complejos multienzimáticos.
Un buen ejemplo es el de la biosíntesis de los ácidos grasos. El sustrato, precursor de un
ácido graso, se incorpora de modo covalente a un “brazo móvil” que lo presenta, en
orden, a varias enzimas de la vía, cada una de las cuales cataliza un cambio químico. De
esta forma, los intermediarios no se liberan al citoplasma para que ocurra la siguiente
etapa dentro de la vía de síntesis, sino que se mantienen atrapados en el complejo, con lo
que se facilita la síntesis del compuesto final. Parecería una fábrica ensambladora de
automóviles: la línea de producción transporta el vehículo, al cual se van añadiendo las
partes hasta formar el producto final.
El ejemplo de la síntesis de los ácidos grasos no es el único. Los hay más sencillos,
como la biosíntesis de las bases púricas y pirimídicas, o mucho más complejos, como la
biosíntesis de las proteínas. En todos ellos, el complejo multienzimático ofrece ventajas
en cuanto a la eficacia y eficiencia del proceso, lo cual contribuye a la regulación e
integración de las vías metabólicas.
 
901
https://booksmedicos.org
Integración a nivel celular
Tal vez la primera premisa sobre la integración del metabolismo celular sea la
coordinación entre los procesos anabólicos y catabólicos. Una vez establecida esta
coordinación, la segunda premisa de integración definirá algunas características del
catabolismo: ¿qué tipo de combustible se usa?, ¿qué vía catabólica tiene preferencia?
Para el anabolismo la pregunta sería: ¿qué se sintetiza?
El diseño del metabolismo celular, orienta sobre las soluciones empleadas por las
células en la coordinación e integración de su metabolismo. Así, es claro que las vías
catabólicas son distintas de las anabólicas, lo cual facilita una regulación diferencial y
mayor integración; la vía catabólica de los carbohidratos o de los lípidos es distinta de la
vía anabólica de tales compuestos.
La función primordial de las vías catabólicas es la oxidación de los sustratos, derivados
de los carbohidratos, los lípidos o los aminoácidos, para generar NADH, FADH2 y ATP,
la moneda energética celular. La función del anabolismo es formar las moléculas propias
de la célula a partir de un pequeño número de moléculas precursoras, con el concurso del
NADPH y el ATP. Nótese que los equivalentes reductores generados durante el
catabolismo son el NADH y el FADH2, mientras que durante el anabolismo se utiliza el
NADPH, todo lo cual coadyuva a una mejor coordinación e integración metabólica.
Además, como se mencionó en el capítulo 17, el ATP y los equivalentes reductores
(NAD(P)H) son el puente de unión entre el catabolismo, donde se genera, y el
anabolismo, donde se usa. La síntesis de moléculas propias de la célula (glucógeno,
lípidos especializados, proteínas, RNA, DNA, entre otras), sólo podrá ocurrir si existe
ATP y NAD(P)H disponibles.
En este sentido, parece lógico que moléculas como ATP, NADH y otras incluidas en el
cuadro 25-1, funcionen como señales que inhiben vías metabólicas responsables de su
misma generación, o bien que activen vías metabólicas encargadas de la biosíntesis de
compuestos propios de la célula. De manera recíproca, un exceso en la poza de
moléculas como ADP, NAD+ y otras (cuadro 25-1), funciona como señales de carencia de
energía para la síntesis de compuestos propios de la célula, que activarán vías que
forman ATP y NADH, e inhibirán vías metabólicas que los consuman. Un análisis de las
moléculas del cuadro 25-1, en función de las rutas metabólicas en las que participan,
permite concluir que se trata de dos grupos de compuestos que dan señales opuestas; por
un lado, la satisfacción de las demandas energéticas celulares, y por el otro, la
insatisfacción de éstas. En el primer grupo están el ATP y los sustratos que pueden
generarlo con facilidad, y en el otro, se encuentran el ADP y otras moléculas que se
acumulan cuando aumenta el ADP y disminuye el ATP. Las moléculas que se mencionan
en el cuadro 25-1 son las más representativas en la coordinación de los procesos anabólicos
y catabólicos. Véase también que cada molécula señal tiene su pareja, en la que se
convierte con gran facilidad; por ejemplo, NAD+ y NADH, o bien CoA y acetil-CoA, y
mientras un miembro del par es señal de insatisfacción energética celular, el otro es señal
de satisfacción energética celular.
902
https://booksmedicos.org
Existe otra conexión entre los procesos catabólicos y los anabólicos, que coadyuva en
la coordinación de ambas vías a nivel celular. Las moléculas producidas a lo largo del
catabolismo son los bloques que se utilizan en el anabolismo para la síntesis de moléculas
propias de la célula. En realidad, se trata de unos cuantos precursores con los cuales la
célula llega a formar cientos y miles de compuestos propios. Un excelente ejemplo es el
de los aminoácidos y las proteínas. El catabolismo de las proteínas da lugar a 20
aminoácidos, bloques precursores con los que la célula, en una etapa posterior y con
suficiente energía disponible, llega a formar sus propias proteínas: cientos de copias
idénticasde unos cuantos miles de proteínas, distintas entre sí. El ejemplo ilustra la
precisión y sencillez de la solución y la coordinación e integración del metabolismo.
 
Compartimentalización celular
En los organelos membranosos, la membrana que los limita constituye un sistema eficaz
que interviene en el control y organización del metabolismo. La mayoría de las
membranas representan verdaderas barreras que regulan el tránsito de iones y moléculas;
sin embargo, moléculas pequeñas como O2 y CO2, pasan a través de las membranas,
dependiendo de su concentración. Hay otras moléculas y un gran número de iones que
requieren transportadores proteicos membranales que catalizan su paso a través de la
barrera. El cuadro 23-3 incluye una lista de algunos sistemas de transporte situados en las
mitocondrias. Estos sistemas son específicos para el metabolito que transportan y tienen
direccionalidad o vectorialidad, ya que permiten el flujo del metabolito en un sentido,
pero no en el otro para garantizar que su incorporación se utilice para el fin para el que
fue transportado. Otra característica de algunos de estos sistemas de transporte es la de
estar acoplados a la hidrólisis del ATP; o sea, requieren la energía liberada por el ATP
para realizar el trabajo de transporte. Es claro que para los metabolitos que sólo pasan a
través de una membrana por medio de un sistema de transporte, como los del cuadro 23-3,
la compartimentalización celular es un eficiente medio de control del metabolismo.
 
Cuadro 25-3. Clasificación de algunas hormonas por sus características generales descritas en
el texto. Las hormonas del grupo II se han agrupado en función del segundo mensajero que
generan
Grupo I Grupo II
 AMP cíclico Calcio, fosfatidil inositol o ambos
Andrógenos Catecolaminas α2-adrenérgicas Hormona liberadora de gonadotropina (Gn-RH)
Calcitriol (1,25[OH]2-D3) Catecolaminas β-adrenérgicas Catecolaminas α-adrenérgicas
Estrógenos Corticotropina (ACTH) Oxitocina
Glucocorticoides Hormona antidiurética (ADH) Factor de crecimiento derivado de plaquetas
(PDGF)
Mineralocorticoides Glucagon Colecistocinina
903
https://booksmedicos.org
Progestinas Lipotropina (LPH) Hormona liberadora de tirotropina (TRH)
Hormonas tiroideas (T3 y
T4)
Hormona luteinizante (LH) Gastrina
 Hormona estimuladora de melanocitos (MSH) Hormona antidiurética (ADH, vasopresina)
 Hormona paratiroidea (PTH) 
 Gonadotropina coriónica humana (hCG) 
 Hormona liberadora de corticotropina (CRH) 
 Hormona foliculoestimulante (FSH) 
 Somatostatina 
 Hormonas acopladas a receptores con actividad de tirosina cinasas
 Somatomamotropina coriónica (CS) 
 Factor de crecimiento similar a insulina 
 (IGF-I, IGF-II) 
 Eritropoyetina (EPO) 
 Factor de crecimiento epidérmico (EFG) 
 Factor nervioso de crecimiento 
 Factor de crecimiento fi broblástico (FGF) 
 Factor de crecimiento derivado de plaquetas
(PDGF)
 
 Hormona del crecimiento (GH) 
 Prolactina (PRL) 
 lnsulina 
 
 
Otro aspecto de la compartimentalización celular se refiere al hecho de que los
metabolitos, enzimas y coenzimas de los principales caminos metabólicos, con enorme
preferencia, se ubican en un organelo o región celular específica y en algunos casos, solo
en ciertos tejidos; por ejemplo, la oxidación de los ácidos grasos ocurre en la
mitocondria, al igual que el ciclo de los ácidos tricarboxílicos y la fosforilación oxidativa.
La glucólisis, la vía de las pentosas y la síntesis de los ácidos grasos suceden en el citosol.
La gluconeogénesis, la síntesis de urea y las lanzaderas del NADH requieren la
participación de ambos componentes.
Los sistemas proteínicos para el transporte de moléculas a través de las membranas
904
https://booksmedicos.org
participan de manera activa en la integración metabólica. El que una molécula esté en un
compartimiento celular o en otro será determinante en el destino final de la molécula. Un
ejemplo con interés médico, relativo a la integración metabólica por la presencia de
transportadores en las membranas, es el transporte de ácidos grasos hacia el interior de la
mitocondria y las consecuencias de una deficiencia en dicho transporte. Si el ácido graso
se ubica en el citosol será esterificado, pero si se localiza en la mitocondria será oxidado.
Una deficiencia de la célula muscular en su sistema de la carnitina (que transporta los
ácidos grasos al interior de la mitocondria para su oxidación) se traducirá en un conjunto
de manifestaciones clínicas, que incluyen dolor y contracturas musculares después de
realizar ejercicio físico, o arritmias en el músculo cardiaco.
 
Estado nutricional de la célula
Una vez asentado que el flujo de sustratos a través de una vía metabólica depende al
principio de la funcionalidad de sus enzimas clave (cantidad y actividad catalítica), es
conveniente aclarar la influencia de la disponibilidad de sustrato. Sería el caso de células
con una rica provisión de glucosa, en comparación con otras con escasa disponibilidad.
En la primera circunstancia, con la regulación establecida por las enzimas que controlan
la vía, el exceso de glucosa tenderá a aumentar el flujo de sustratos por la vía glucolítica.
Otro caso similar puede ser el déficit de oxígeno para la cadena respiratoria en una célula
muscular sujeta a contracciones vigorosas y continuadas. El metabolismo se ajustará y
aumentará la cantidad de glucosa degradada por la glucólisis, en comparación con la
oxidada a través del ciclo del ácido cítrico y la cadena respiratoria, en caso de haber
limitación en el acceso al oxígeno.
 
Tamaño de la poza metabólica de las coenzimas y co-
sustratos
Un factor adicional en la regulación e integración del metabolismo lo constituye la
pequeña poza metabólica de las coenzimas y co-sustratos que forman parte esencial del
metabolismo celular. En otras palabras, la concentración de coenzimas y co-sustratos es
pequeña; por ejemplo, la de [ATP] + [ADP] + [AMP] no excede de 10 mM. Un caso
similar es el de [NAD+] + [NADH], [NADP+] + [NADPH] o de [CoA] + [acetil-CoA].
Su concentración efectiva es menor porque ninguna de las moléculas anotadas en el
párrafo previo atraviesa de manera libre las membranas subcelulares. Por ejemplo, la
glucólisis puede disminuir en grado notable si se abate la concentración hepática de
NAD+ del citosol, el cual es indispensable para la oxidación de las triosas fosforiladas en
la propia glucólisis (figura 18-3), con la consiguiente formación de NADH. Como se
observa en este ejemplo, la misma glucólisis dispone de lactato deshidrogenasa para
regenerar el NAD+ a partir del NADH recién formado. En realidad, hay un enorme
recambio, acoplado a un delicado equilibrio que permite la reutilización continua y
controlada de las coenzimas y los co-sustratos participantes en el metabolismo. En
905
https://booksmedicos.org
condiciones de ejercicio muscular intenso, un adulto puede generar varios kg de ATP
cada h; sin embargo, la concentración celular de ATP se mantiene con fluctuaciones muy
pequeñas a lo largo de todo el día.
Además, se debe considerar que las concentraciones de las coenzimas y los co-
sustratos escogidos como ejemplo funcionan en las vías metabólicas de la célula como
reguladores de la actividad de las enzimas clave y, por lo tanto, como reguladores del
flujo de sustratos por cada una de las respectivas vías. De manera que si el NAD+ da una
señal en una vía, el NADH da la señal opuesta; de forma similar, el ATP da una señal
opuesta a la regulación dada por el ADP o el AMP. En resumen, será la relación
matemática del par de coenzimas, NAD+/NADH, por ejemplo, lo que con mayor
fidelidad permitirá ajustes finos en alguna de las diferentes vías metabólicas.
 
Regulación de las vías metabólicas a nivel celular
Para la óptima supervivencia de la célula habrán de coordinarse todas sus vías
metabólicas. El cuadro 25-1 ofrece de manera simplificada y, prescindiendo de múltiples
detalles, el sistema de coordinación de las principales vías metabólicas de un hepatocito
aislado. Por motivos desimplicidad y para facilitar el análisis, se omitió la participación
de otros tejidos y la influencia de hormonas. En el cuadro mencionado se agrupan las
grandes vías metabólicas en catabólicas y anabólicas. Para cada una de las vías anotadas
se especifica la enzima que controla el flujo en mayor porcentaje y, enseguida los
moduladores fisiológicos más importantes que tienden a inhibir o a activar la vía en
cuestión. En el caso de las vías anabólicas de síntesis de urea y de proteínas, se
añadieron como inhibidores y activadores los sustratos. Un análisis cuidadoso de dicho
cuadro permite ver la uniformidad y coherencia en los sistemas de regulación de las
enzimas clave de las vías metabólicas.
 
Encrucijadas metabólicas
Ciertos metabolitos comparten dos o más vías metabólicas; es decir, se trata de una
encrucijada metabólica. Por su importancia, aquí se revisan tres metabolitos que
participan en encrucijadas metabólicas, a saber: la glucosa-6-fosfato, el piruvato y la
acetil-CoA. La figura 25-1 resume la intervención de los tres metabolitos anotados, y lo
más sobresaliente que hay que resaltar son los factores celulares que aseguran el flujo de
dichas moléculas en el concierto del metabolismo general. Como se ve a continuación, el
destino de una molécula en una encrucijada metabólica está definido por la regulación de
la “funcionalidad” (cantidad y actividad catalítica) de las enzimas.
 
906
https://booksmedicos.org
 
Figura 25-1. Relaciones de las principales moléculas que integran el metabolismo celular.
 
La glucosa-6-fosfato se forma por tres caminos: la fosforilación de la glucosa que
907
https://booksmedicos.org
penetra a la célula, como parte de la glucólisis; la degradación del glucógeno almacenado,
una etapa de la glucogenólisis; o bien la conversión de lactato, glicerol o alanina, debido a
la gluconeogénesis. El consumo de la glucosa-6-fosfato incluye cuatro rutas principales: a
través de la glucólisis hasta generar piruvato o lactato, por medio del ciclo de las pentosas
para formar NADPH y pentosas, su almacenamiento vía glucogénesis para incrementar
la reserva de glucógeno, o su conversión a glucosa y escape de la célula, previa
eliminación del fosfato en unión éster.
Un exceso en la disponibilidad de glucosa extracelular tenderá a favorecer la formación
de la glucosa-6-fosfato y las vías de su utilización. Si la poza de ATP celular es alta, se
inhibirá la degradación glucolítica de la glucosa-6-fosfato y se favorecerá su
almacenamiento como glucógeno. Si de forma simultánea a la poza incrementada de
ATP, también se aumenta la disponibilidad de lactato, piruvato, glicerol o alanina, se
favorecerá la gluconeogénesis, así como la síntesis de glucosa-6-fosfato más glucógeno.
De haber un exceso de NADP+ sobre el NADPH se derivará una porción de la glucosa-
6-fosfato para formar NADPH y pentosas. En caso de una disminución en los valores
celulares de ATP predominarán la glucogenólisis (conversión de glucógeno en glucosa-6-
fosfato) y la glucólisis. La conversión de la glucosa-6-fosfato en glucosa por medio de
una fosfatasa no ocurre en ciertas células debido a la carencia de esta última, mientras
que en otras la existencia de la fosfatasa tiene distinta función reguladora, tal como se
analiza en el ciclo de Cori y en la última parte de este capítulo.
El piruvato proviene en mayor medida de la glucosa-6-​fosfato y del lactato, a través de
la glucólisis y también por medio del ciclo de las pentosas. La degradación de los
triacilglicéridos da lugar a la formación de glicerol y ácidos grasos; el glicerol se incorpora
a la glucólisis y puede ser una fuente de piruvato. Asimismo, se obtiene piruvato por
medio de reacciones de transaminación y desaminación de la alanina y otros
aminoácidos. El destino más importante del piruvato es su descarboxilación y conversión
en acetil-coenzima A. Esta reacción es irreversible, lo cual tiene un enorme significado
metabólico; los carbohidratos y los aminoácidos pueden convertirse en acetil-CoA, pero
esta última no puede transformarse, de manera neta, en carbohidratos ni aminoácidos.
La descarboxilación del piruvato para formar la acetil-CoA está regulada con cuidado:
sucede cuando hay déficit de ATP celular, o exceso de carbohidratos oxidables, y una
concomitante síntesis de lípidos. El otro destino del piruvato es su carboxilación y
conversión a oxalacetato para luego formar glucosa por la vía gluconeogénica. Esta vía
ocurre al haber suficiente ATP en la célula.
La acetil-CoA se origina a partir de dos grandes vías metabólicas: la glucólisis y posterior
descarboxilación del piruvato y la β-oxidación. Poco después de que se ingiere una
comida se favorecerá la síntesis de acetil-CoA a través de la glucólisis. En situación de
ayuno prolongado, la fuente de acetil-CoA será la β-oxidación. El destino de la acetil-CoA
incluye su oxidación a través del ciclo de los ácidos tricarboxílicos, o ciclo de Krebs, vía
que prevalecerá al haber carencia celular de ATP. Por el contrario, cuando los niveles de
ATP en la célula sean altos, la acetil-CoA podrá tener otros destinos metabólicos, como la
síntesis de ácidos grasos o la de cuerpos cetónicos y, por último, colesterol a través de la
908
https://booksmedicos.org
formación del citrato que sale de la mitocondria. La formación de cuerpos cetónicos será
favorecida cuando exista alguna limitación en la oxidación de sustratos por la vía del ciclo
de Krebs y cuando esté muy activada la β-oxidación.
 
909
https://booksmedicos.org
Especialización metabólica de los tejidos
Un renglón fundamental en la integración metabólica de un vertebrado lo constituye la
especialización metabólica de sus diferentes tejidos. Dicha especialización contribuye a
una mejor adaptación del individuo a su medio. Así, un vertebrado puede recibir una más
amplia gama de señales de su alrededor y puede defenderse mejor de las agresiones
circundantes. La adaptación metabólica tiene otras ventajas; dispone de células
especializadas en degradar alimentos, otras en almacenar lípidos, unas más en convertir
la energía química en movimiento, algunas de soporte, otras de comunicación y así de
manera sucesiva. Desde luego, hay un amplio grupo de células responsables de la
integración y organización jerárquica en beneficio del conjunto. La anarquía conduce a la
muerte.
Si bien pudieran estudiarse las características metabólicas de cientos de diferentes tipos
de células, aquí se revisa de manera breve el patrón metabólico sobresaliente de cerebro,
hígado, tejido muscular y tejido adiposo. Nótense las diferencias en el patrón metabólico,
así como la complementación que se manifiesta entre dichos tejidos y las ventajas que
representan para el organismo como un todo.
 
Hígado
Excepto los lípidos, el resto de los nutrimentos ya hidrolizados y absorbidos en el
intestino pasan por el hígado, antes de alcanzar la circulación general. La concentración
de glucosa, aminoácidos y etanol es más baja en el resto de la circulación general que en
la vena porta, la cual recoge los materiales absorbidos en el intestino y los lleva al hígado.
Lo anterior muestra la capacidad de los hepatocitos de metabolizar de primera mano
una proporción importante de los alimentos absorbidos. Este hecho, junto con el patrón
metabólico exclusivo del hígado que se resume a continuación, confiere a este órgano un
cometido central en las interacciones metabólicas entre los diferentes tejidos.
En el periodo posabsortivo inmediato, el hígado convierte cantidades importantes de
glucosa en glucógeno; una cuarta parte de la dieta diaria de carbohidratos puede
almacenarse en el hígado como glucógeno, lo que equivale a cerca de 100 g de
carbohidratos y representa unas 400 kcal. Dos horas después de la ingestión de
alimentos, cuando la concentración sanguínea de glucosa (glucemia) disminuye, el
glucógeno hepático se degrada de manera paulatina en glucosa, la cual es liberada a la
circulación. Además, el hígado tiene una enorme capacidad gluconeogénica; es decir,
convierte en glucosael lactato que proviene del músculo, el glicerol originado en el tejido
adiposo y la alanina muscular. Esa glucosa pasa a la circulación (figura 25-2). De este
modo, el hígado es el principal proveedor y exportador de glucosa sanguínea en periodos
de ayuno. La glucosa producida es utilizada como material oxidable por otros tejidos, y
esta contribución de la glándula hepática es fundamental para el beneficio de todo el
organismo.
 
910
https://booksmedicos.org
 
Figura 25-2. Interconexiones moleculares entre los tejidos más representativos en un mamífero.
 
En relación con los aminoácidos, el hígado también tiene un cometido esencial. Los
aminoácidos de la dieta y los que provienen de los diferentes tejidos, en especial del
músculo, al llegar a la celdilla hepática son sujetos a uno de dos procesos: se emplean
para la síntesis de nuevas proteínas o sufren un proceso de transaminación y
desaminación, con el concurso de la deshidrogenasa glutámica. Los productos de la
reacción, en el segundo caso, son los cetoácidos de los correspondientes aminoácidos y el
ion amonio, NH4+. Los cetoácidos se emplean en el hígado, a través del ciclo de Krebs,
para satisfacer sus propias demandas energéticas.
El ion NH4+ es el sustrato inicial para la síntesis de urea. El hígado es el responsable
del total de la urea sintetizada en un mamífero y representa el más importante y
abundante metabolito del catabolismo de las proteínas y los aminoácidos.
En relación con el metabolismo de los lípidos, la participación del hígado es más
compleja. Al aumentar los lípidos en sangre, parte de ellos son captados por el tejido
adiposo y otros llegan al hígado. La avalancha de lípidos de la dieta coincide con la
disponibilidad de otros sustratos oxidables y de ordinario con una satisfacción de las
911
https://booksmedicos.org
demandas energéticas celulares. En tales condiciones, una alta poza de malonil-CoA
inhibe la aciltransferasa I de la carnitina, disminuye la incorporación de ácidos grasos a la
mitocondria y, por lo tanto, los ácidos grasos son esterificados e incorporados a las
lipoproteínas de muy baja densidad (VLDL, por sus siglas en inglés, very low density
lipoprotein) y así son exportados del hígado. Los abundantes triacilglicéridos de las
VLDL son los principales precursores de los ácidos grasos captados por el tejido adiposo
para la síntesis de grasas neutras, el más importante reservorio de material energético en
el ser humano (figura 25-2).
En situación de ayuno, el hígado capta el glicerol y los ácidos grasos liberados por el
tejido adiposo. Como se dijo antes, el glicerol se transforma en glucosa. Los ácidos
grasos se incorporan a la mitocondria, debido a una alta actividad de la aciltransferasa I
de la carnitina ocasionada por una baja poza de su inhibidor, la malonil-CoA, a
consecuencia de la insatisfacción de las demandas energéticas celulares. En la
mitocondria hepática, los ácidos grasos son convertidos en cuerpos cetónicos. La escasa
capacidad hepática de oxidar los cuerpos cetónicos facilita su exportación para usarse
como sustratos oxidables en otros tejidos, en particular el músculo.
 
Músculo
En un adulto sin sobrepeso, el músculo representa casi la mitad de su peso corporal, y si
el individuo realiza actividad moderada, su tejido muscular gastará cerca de la mitad de la
energía consumida en 24 h.
El patrón metabólico del músculo difiere en situación de reposo o de contracción
activa. Cuando el tejido muscular se contrae de forma activa, la vía metabólica preferida
para satisfacer las demandas energéticas es la glucólisis, la cual se manifiesta con un
conjunto de características muy apropiadas para la función del tejido. Así, después de
una comida, el contenido de glucógeno en el músculo es de 1%, pero en un varón de 70
kg de peso corporal, que posee unos 30 kg de tejido muscular, el total de glucógeno
muscular es de 300 g, equivalente a 1 200 kcal. En consecuencia, esta situación asegura
en el tejido muscular una alta cantidad de glucógeno, uno de los alimentadores iniciales
de la glucólisis. Otra de las características de la glucólisis muscular es que carece de la
glucosa-6-fosfatasa, la enzima que hidroliza la glucosa-6-​fosfato y la convierte en glucosa
y fosfato inorgánico. De esta manera, el músculo, a diferencia del hígado, no exporta
glucosa hacia la sangre, sólo la consume. La glucosa-6-fosfato presente en el interior de
la célula muscular es almacenada como glucógeno, o consumida en la glucólisis, pero no
se transforma en glucosa libre. Una característica más de la glucólisis en el músculo es la
facilidad con que el piruvato, derivado de la propia glucólisis, se convierte en lactato, ya
que el consumo de piruvato en el ciclo de Krebs disminuye debido al deficiente
suministro de oxígeno a la cadena respiratoria mitocondrial. Al suceder esa deficiencia
relativa de oxígeno, la energía indispensable para la contracción muscular proviene de la
glucólisis, siempre y cuando se mantenga trabajando la vía por un adecuado aporte de
sustrato y por la continua conversión del piruvato en lactato, lo cual asegura la oxidación
912
https://booksmedicos.org
del NADH en NAD+ (este último requerido para la oxidación inicial de las triosas en la
propia glucólisis). A su vez, el lactato es liberado de la célula muscular hacia la
circulación sanguínea y de ahí al hígado para su conversión en glucosa, que de nuevo usa
el músculo para mantenerse en actividad. Al mismo tiempo que el tejido muscular libera
lactato, también libera cantidades importantes de alanina, que en el hígado se convierte
en glucosa.
Al agotarse el glucógeno muscular se aprecia el estado de fatiga, el cual suele coincidir
con el ayuno y la tendencia al reposo. En esta situación de reposo, los sustratos usados
de preferencia en el tejido muscular son los ácidos grasos. Los cuerpos cetónicos también
pueden usarse como sustratos oxidables por el tejido muscular. En el músculo cardiaco,
los cuerpos cetónicos son consumidos de manera preferente, en comparación con la
glucosa.
En la figura 25-2 se aprecia la complementariedad e integración entre los tejidos
hepático, muscular y adiposo. El primero libera glucosa que usan los otros dos tejidos. El
muscular libera lactato y alanina que el tejido hepático convierte en glucosa. Como se
verá en el siguiente párrafo, el tejido adiposo libera glicerol para su conversión a glucosa
en el hígado.
 
Tejido adiposo
Un varón de 70 kg tiene de 10 a 15 kg de tejido adiposo, constituido casi en su totalidad
por triacilglicéridos, que equivalen a entre 90 000 y 135 000 kcal. Se trata de un
impresionante depósito de combustible metabólico disponible para el organismo. El tejido
adiposo no sintetiza los ácidos grasos que incorpora a los triacilglicéridos. Tales ácidos
grasos provienen de la dieta o se sintetizan en el hígado a partir de carbohidratos. En
ambos casos, los ácidos grasos le llegan al tejido adiposo como componentes de los
triacilglicéridos de los quilomicrones o de algunas lipoproteínas, formadas por el intestino
o por el hígado. Poco después de la ingestión de los alimentos se inicia la avalancha de
ácidos grasos hacia el tejido adiposo, la cual cesa unas 3 o 4 h después de haber comido.
El glicerol, al cual se esterifican los ácidos grasos para formar los triacilglicéridos, se
origina en el tejido adiposo sólo a partir de la glucosa, siempre y cuando exista un aporte
alto y continuo de glucosa al tejido adiposo, situación que coincide con enorme
frecuencia con la ingestión de alimentos. La glucosa, a través de la glucólisis, forma en
los adipocitos el glicerol 3-fosfato, al cual se le unen tres ácidos grasos para formar los
triacilglicéridos. Durante el ayuno disminuye la glucemia y por tanto la disponibilidad de
glucosa en el tejido adiposo, por lo que se abate la síntesis de glicerol 3-fosfato. En ese
estado de ayuno, las lipasas del adipocito hidrolizan los triacilglicéridos para formar
glicerol y tres ácidos grasos. Si hay una poza suficiente de glicerol 3-fosfato, los ácidos
grasosson reesterificados y se almacena el triacilglicérido. Si no hay suficiente glicerol 3-
fosfato, se liberan del tejido adiposo tanto el glicerol como los ácidos grasos. Los ácidos
grasos no esterificados son insolubles en agua y al liberarse por los adipocitos se unen a
la albúmina sérica, la cual los transporta a otros tejidos, hígado o músculo, por ejemplo,
913
https://booksmedicos.org
donde son usados con fines energéticos.
El patrón metabólico del glicerol es muy interesante en el adipocito, ya que carece de la
cinasa que lo fosforila, con la participación de ATP y lo transforma en glicerol 3-fosfato.
La cinasa está presente en muchas otras células; por ejemplo, la hepática, la cual después
de fosforilarlo lo convierte en glucosa, que exporta a la circulación. En resumen, en el
adipocito, el glicerol 3-fosfato se sintetiza a partir de glucosa y la falta de glicerocinasa da
al glicerol 3-fosfato un cometido importante como regulador de la reesterificación de
ácidos grasos; además, condiciona al adipocito a liberar glicerol, en forma continua, en
situación de ayuno.
Aunque no se haga evidente, el tejido adiposo es un tejido con elevada actividad
metabólica. Considérese un periodo de 24 h en el cual los triacilglicéridos se almacenan
en el tejido adiposo como consecuencia de la ingestión de lípidos y carbohidratos. En un
tiempo posterior, una cantidad equivalente a los lípidos que fueron almacenados se libera
de modo paulatino para su uso como fuente energética por una multitud de células
diferentes de los adipocitos. En 24 h, el peso corporal del individuo normal casi no
cambia, pero en un momento dado almacena lípidos, que son liberados en cantidad
equivalente más tarde. Los aumentos o disminuciones del peso corporal, debidos al
mayor o menor depósito de triacilglicéridos en el tejido adiposo, resultan de una
prolongada pérdida del equilibrio mencionado.
 
Cerebro
Con un peso no mayor de 1.5 kg en un individuo de 70 kg, el cerebro consume, en 24 h,
cerca de 120 g de glucosa, equivalentes a 480 kcal. Como además el cerebro casi no
almacena glucosa como glucógeno, habrá de utilizar la glucosa sanguínea para satisfacer
sus necesidades energéticas. Como resultado, el cerebro consume casi 60% de la glucosa
del cuerpo en estado de reposo. Durante un ayuno prolongado (varios días) o en los
casos de diabetes mal controlada —situaciones en las que aumenta la producción
hepática de cuerpos cetónicos—, el cerebro puede usar con fines energéticos los cuerpos
cetónicos, sustituyendo de forma parcial el consumo de glucosa.
En la figura 25-2 se observan las interdependencias de los metabolitos entre los tres tejidos
revisados antes, el hepático, el muscular y el adiposo. Los metabolitos formados por
unos tejidos son usados por otros, y aunque en el hígado predomina una función de
“servicio”, es fácil detectar la interdependencia metabólica en beneficio de la integración
de las funciones del organismo. En el caso del cerebro, como gran consumidor de
glucosa, se apreciaría una aparente situación inequitativa, el consumo preferente de
glucosa sin proporcionar a cambio otro sustrato energético útil. Es obvio que el cerebro
contribuye a la organización e integración metabólica de manera muy especializada y de
gran jerarquía, tal como se revisa en la última parte de este capítulo.
 
914
https://booksmedicos.org
Regulación hormonal
El sistema endocrino está formado por un conjunto de glándulas que sintetizan diversas
hormonas, cuya función es coadyuvar a la coordinación entre los distintos tejidos de un
organismo, para mantener la constancia del medio interno ante los estímulos ambientales.
Se da el nombre de hormona a toda sustancia producida por un tejido del organismo la
cual, a través de la circulación, alcanza y modifica las funciones de tejidos distantes, sus
tejidos “blanco”.
El número de moléculas que satisfacen de manera plena la definición que acaba de
darse de hormona es enorme. Baste señalar aquí la leptina, formada en el tejido adiposo
y que actúa sobre el sistema nervioso central, y los nucleósidos adenosina e inosina,
liberados por el tejido muscular y que modifican el metabolismo del hígado, así como
algunos de los llamados genéricamente factores.
Dada la vastedad de un campo en continuo crecimiento, en este libro sólo se revisa la
función de unas cuantas hormonas que son sintetizadas por el hipotálamo o bien por
típicos tejidos glandulares y que modifican de manera importante el metabolismo general.
Así, no se revisan las hormonas generadas por tejidos que no son en especial glandulares,
como el tejido adiposo o el muscular, por ejemplo. Tampoco se revisa la acción de
factores tróficos.
Con base en sus características generales, se incluye a las hormonas en dos grupos
(cuadro 25-3). Uno está formado por los esteroides, calcitriol, retinoides y las
yodotironinas. Se les aprecian las siguientes características generales: a) ser insolubles en
agua y solubles en solventes orgánicos, por lo que requieren de una proteína
transportadora en el suero; b) su vida media es relativamente larga, desde unas horas
hasta varios días; c) su receptor celular está localizado dentro de la célula y el mediador
que ejerce la acción fisiológica es el complejo receptor-hormona; d) se desactivan al
formar un derivado soluble en agua.
Las hormonas del otro grupo son derivados de aminoácidos, catecolaminas,
polipéptidos, proteínas o glucoproteínas. Las características generales de este segundo
grupo incluyen: a) son solubles en agua; b) no requieren de una proteína sérica para su
transporte; c) su vida media es de minutos y se desactivan de manera funcional por
proteólisis o por otro mecanismo de degradación de la hormona; d) el receptor hormonal
está situado en la membrana plasmática, y e) el mediador es un segundo mensajero, del
tipo del AMP cíclico, calcio o producto de hidrólisis de fosfoinosítidos, entre otros.
De todas las características anotadas para las hormonas, el que actúen a través de un
receptor es la de mayor importancia funcional. El receptor es una molécula proteínica
que se complementa en sentido estructural con la hormona. Al interactuar con la
hormona, se inicia la respuesta fisiológica. El receptor es estereoespecífico y no se
encuentra distribuido en todas las células; lo anterior quiere decir que la respuesta a cada
hormona sólo se dará en las células que posean el receptor. Otra característica importante
de las hormonas es el tipo de segundo mensajero que se genera como respuesta inicial a
la hormona. En el cuadro 25-3 se agrupan las hormonas de los mamíferos en función del
915
https://booksmedicos.org
segundo mensajero que forman.
Cualquiera que sea el segundo mensajero, éste tiene dos propiedades importantes: se
produce de forma intracelular y modula el flujo de metabolitos de las vías existentes. En
resumen, una hormona puede conceptualizarse como una señal extracelular que provoca
una respuesta específica, modificando la velocidad del flujo de las vías metabólicas. Un
aspecto complementario, pero importantísimo, desde el punto de vista de la coordinación
e integración de metabolismo completo del individuo, es que la liberación de hormonas o
primeros mensajeros es una respuesta también específica de una glándula, con la
capacidad de sintetizar una hormona. Por ejemplo, las células β del páncreas liberan
insulina como respuesta al aumento de glucosa sanguínea.
 
916
https://booksmedicos.org
Organización del sistema endocrino en los mamíferos
En los mamíferos, los dos sistemas de coordinación y regulación, el nervioso y
endocrino, se encuentran relacionados de manera estrecha; la estructura más importante
de unión entre ellos es el hipotálamo.
En la figura 25-3 se esquematiza la organización jerárquica entre el hipotálamo, la
hipófisis y las hormonas, cuya liberación está asociada muy de cerca a la primera
estructura.
 
 
Figura 25-3. Esquema de la organización para la regulación de la secreción de hormonas bajo el comando del
hipotálamo.
 
Hay otras hormonas menos ligadasal control hipotalámico: parathormona, calcitonina,
insulina, glucagon, adrenalina y noradrenalina.
917
https://booksmedicos.org
El hipotálamo cuenta con dos grandes canales de información, el nervioso (estímulos
exteroceptivos, visuales, olfativos, térmicos, psicológicos, entre otros) y el metabólico
(estímulos interoceptivos, concentración de hormonas, pH, temperatura, hidratación,
contenido de sales, entre otros), los cuales determinan la formación y la salida de los
factores liberadores que actúan sobre la hipófisis.
Los “factores liberadores” son sintetizados en el hipotálamo, llegan a la hipófisis por
vía sanguínea y modulan la liberación de las hormonas hipofisarias (cuadro 25-3).
De los estímulos interoceptivos, los niveles de las propias hormonas circulantes revisten
la mayor importancia, pues, dependiendo de su concentración, pueden inhibir o estimular
la salida de los factores liberadores que determinan su propia formación.
Además, existe un alto grado de interconexión entre las mismas hormonas. En el
organismo íntegro, numerosas hormonas actúan sobre el mismo sistema; por ejemplo,
sobre las funciones uterinas o mamarias, la glucemia, entre otros. Por otro lado, cada
hormona puede ser activada o inhibida por otras hormonas.
Pero la gran conclusión acerca del cometido de las hormonas y el sistema nervioso es
que éstos manifiestan una enorme coordinación y sincronía en sus respuestas integradas
y finales. El objetivo de adaptar más y mejor el organismo al medio que lo rodea se logra
con creces.
A continuación se describen las acciones fisiológicas sobresalientes de algunas
hormonas menos ligadas al control hipotalámico, que contribuyen a la integración
metabólica en un individuo. Se seleccionaron las siguientes cinco por su gran
participación en el almacenamiento o consumo de carbohidratos, lípidos y proteínas:
insulina, catecolaminas, glucagon, cortisol y hormonas tiroideas.
 
Insulina
El aumento de la glucosa sanguínea y de algunos aminoácidos y fármacos, así como la
estimulación del sistema parasimpático, inducen la liberación pancreática de insulina. La
presencia de ésta en el plasma se observa después de la ingestión de alimentos. La
insulina favorece la síntesis de glucógeno en los tejidos muscular y hepático, la síntesis de
lípidos en el tejido adiposo y la síntesis de proteínas en varios tejidos, en especial el
muscular. Actúa de diversas maneras en los diferentes tejidos, con independencia de que
su segundo mensajero sea una cascada de reacciones desencadenada por proteína
cinasas. Así, en el músculo y el adipocito, la insulina promueve la entrada de glucosa y
con ello su oxidación, lo cual satisface las demandas energéticas celulares e incrementa la
poza de metabolitos provenientes de la glucosa; en el músculo, la glucosa-6-fosfato y el
aumento de la poza de ATP estimulan la síntesis de glucógeno y al mismo tiempo inhiben
su degradación. En el tejido adiposo aumentan las pozas de ATP y de glicerol 3-fosfato,
además de recibir grandes cantidades de ácidos grasos de la dieta y de su síntesis
hepática, de lo que resulta una mayor síntesis de triacilglicéridos. La insulina inhibe la
lipólisis estimulada por las catecolaminas. En el músculo también se incrementa la
incorporación de ciertos aminoácidos a la célula por medio de la insulina, lo cual, junto
918
https://booksmedicos.org
con la satisfacción de los requerimientos energéticos, favorece la síntesis de proteínas e
inhibe su degradación.
En el hígado, la hormona en cuestión aumenta la síntesis de la glucocinasa y, con ello,
la conversión intrahepática de la glucosa en glucosa-6-fosfato, a partir de la cual se
satisface la poza celular de ATP y se incrementa la síntesis de glucógeno, ácidos grasos y
proteínas. Al estimular la síntesis de proteínas disminuye la formación y eliminación de
urea.
 
Catecolaminas
Se trata de la adrenalina y la noradrenalina secretadas en las terminaciones nerviosas de
los nervios del sistema simpático y en la médula de las glándulas suprarrenales. Las
catecolaminas se liberan como una respuesta inmediata a una situación de urgencia,
como puede ser, entre otras, el ganar una competencia o la disminución de la glucosa
sanguínea. Las catecolaminas, vía el AMP cíclico o el calcio como segundo mensajero,
actúan en muchos tejidos, ocasionando respuestas particulares, pero cuya suma da una
respuesta integrada en el individuo. Por ejemplo, un susto fuerte ocasionará la liberación
de catecolaminas y las siguientes respuestas en los diferentes tejidos con los receptores a
la hormona: aumento en la fuerza y frecuencia de las contracciones cardiacas, elevación
del tono vascular arterial, incremento de la intensidad y frecuencia de los movimientos
respiratorios, activación de la lipasa del tejido adiposo, liberación de glicerol y ácidos
grasos a la circulación, degradación de glucógeno muscular y liberación de lactato; así
como, en menor proporción, degradación del glucógeno hepático y liberación de la
glucosa, también a la sangre. En conjunto, el organismo se dispone a “luchar o huir”, y lo
hará con ventaja al disponer de distintos sustratos para solventar mejor sus necesidades
energéticas, disponer de más oxígeno para la más completa y rápida oxidación de los
sustratos y de una mejor comunicación entre sus tejidos por la vía sanguínea al
incrementarse la frecuencia cardiaca y el tono vascular. De manera complementaria, la
adrenalina inhibe la secreción de insulina y estimula la secreción de glucagon. En
conjunto, la respuesta integral es un estupendo ejemplo de coordinación metabólica y
funcional.
 
Cuadro 25-4. Factores hipotalámicos que regulan la liberación de hormonas hipofisarias en los
mamíferos
Factor Hormona afectada
Liberador de corticotropina Corticotropina
Liberador de hormona foliculoestimulante Foliculoestimulante
Liberador de hormona de crecimiento Somatotropina
lnhibidor de hormona de crecimiento Somatotropina
Liberador de hormona luteinizante Luteotropina
919
https://booksmedicos.org
Liberador de prolactina Prolactina
Liberador de hormona tirotrópica Tirotropina
Liberador de hormona estimulante de los melanocitos Melanotropina
lnhibidor de hormona estimulante de los melanocitos Melanotropina
 
 
Glucagon
Se forma en las células α del páncreas y se libera al disminuir la glucemia. Actúa en
especial en el hígado y, en menor proporción, en el tejido adiposo, a través de una
cascada de reacciones iniciada por el AMP cíclico, como segundo mensajero. En el
hepatocito, la respuesta final a la acción del glucagon es un importante aumento en la
exportación de glucosa. Esta respuesta final es el resultado de un conjunto de acciones
iniciadas por el glucagon, que en el hígado incluyen estimulación en la degradación de
glucógeno; activación en la síntesis de glucosa a partir de lactato y de aminoácidos (los
cuales se desaminan y favorecen una mayor síntesis de urea); inhibición de la glucólisis;
y, por ende, inhibición hepática en la producción de piruvato y en la actividad de la acetil-
CoA carboxilasa, lo que se asocia a inhibición de la síntesis de ácidos grasos.
En las células del tejido adiposo, el glucagon activa la lipasa y se estimula la lipólisis,
con la inmediata liberación de glicerol y ácidos grasos. En suma, el glucagon provee a las
células, a unas de manera directa y a otras por vía circulatoria, de material oxidable en el
momento en que disminuye la glucosa sanguínea.
 
Cortisol
El cortisol es un esteroide que se libera de la corteza de las glándulas suprarrenales como
respuesta a una situación de estrés. Es una hormona del grupo I, por lo que el complejo
hormona-receptor promueve la síntesis específica de proteínas a nivel del núcleo celular.
Al aumentar la cantidad de una o varias enzimas clave, se modifica la velocidad de flujo
de metabolitos a través de una o más vías metabólicas. La corticotropina, de origen
hipofisario, es el estímulo para la formación y liberación de cortisol, el cual produce un
conjunto de acciones en diferentes tejidos blanco, peroaquí sólo se resumen las que
están ligadas de forma estrecha al metabolismo intermedio (figura 25-4). En el hígado, el
cortisol tiene un efecto anabólico, facilitado por las acciones del glucagon y las
catecolaminas en el propio hígado y por los efectos promotores del cortisol sobre el
catabolismo en los tejidos periféricos. Para el caso del cortisol, los tejidos periféricos
comprenden músculo y tejido adiposo y linfático, en los cuales inhibe la utilización de la
glucosa, la glucólisis y la síntesis de proteínas y estimula la lipólisis (aumenta la acción
lipolítica de las catecolaminas y la hormona de crecimiento) y la degradación de las
proteínas así como de los ácidos nucleicos. El resultado es un aumento de la glucosa
sérica, ya que ésta no penetró en los tejidos, y también un aumento en el suero de ácidos
920
https://booksmedicos.org
grasos, aminoácidos y nucleósidos movilizados a partir de los tejidos periféricos. El
hígado utiliza estos materiales para ejercer el efecto anabólico del cortisol. En concreto,
la hormona estimula la síntesis de la fosfoenolpiruvato carboxicinasa, la enzima limitante
de la gluconeogénesis; de esta manera, se activa dicha vía metabólica. Los ácidos grasos
de los tejidos periféricos proveen la energía para la conversión del glicerol y los
aminoácidos en glucógeno hepático y glucosa sanguínea; dado que al mismo tiempo se
inhibe su utilización en los tejidos periféricos, se obtiene una franca hiperglucemia y un
aumento de la disponibilidad de la glucosa para el cerebro y el corazón. La conversión de
aminoácidos en glucógeno aumenta la formación de la urea, cuya mayor pérdida por la
orina causa un balance nitrogenado negativo. Al aumento en la eliminación de urea por la
orina se suma el estímulo de la formación de uratos por el incremento del catabolismo de
las nucleoproteínas en los tejidos periféricos.
 
 
Figura 25-4. Resumen de la acción de los glucocorticoides en el metabolismo de carbohidratos, lípidos y
proteínas. Las flechas verdes indican los flujos estimulados y las flechas con fondo blanco los flujos inhibidos. Se
nota una acción catabólica en los tejidos periféricos que condiciona una acción anabólica en el tejido hepático.
 
Hormonas tiroideas
Las principales hormonas tiroideas son la 3,5,3’,5’-tetrayodotironina o tiroxina (T4) y la
3,5,3’-triyodotironina (T3). El factor inicial en la producción de las hormonas tiroideas es
921
https://booksmedicos.org
el estímulo originado por la tirotropina, hormona hipofisaria regulada por la presencia de
las propias hormonas tiroideas y por un factor hipotalámico. Al unirse las hormonas
tiroideas a los receptores nucleares activan la síntesis de RNA y el resultado neto es un
aumento en la síntesis de proteínas. En concreto, aumenta la concentración tisular de
citocromos y de glicerofosfato deshidrogenasa mitocondrial. La hormona tiroidea
estimula también la producción de somatotropina. Las hormonas tiroideas son
indispensables para la formación y el crecimiento normales de los tejidos. El efecto
tiroideo sobre la maduración y la diferenciación tisulares se reconoce con facilidad en la
metamorfosis de los anfibios; al renacuajo sin tiroides no le crecen los miembros ni le
desaparece la cola. Por otro lado, un exceso de T3 bloquea la síntesis de proteínas y
produce un balance nitrogenado negativo.En los tejidos sometidos a la acción de las
hormonas tiroideas se observa un aumento en la producción de calor debido al mayor
consumo de oxígeno en la utilización de los sustratos oxidables. Este efecto se atribuye a
la activación de la ATPasa mitocondrial acoplada a la bomba de Na+/K+; la disminución
del ATP celular y el aumento concomitante del ADP constituyen la señal para estimular la
fosforilación oxidativa y, con ello, la utilización de sustratos y el consumo de oxígeno.
Las dosis tóxicas de las hormonas tiroideas producen un desacoplamiento de la
fosforilación oxidativa.
Las hormonas T3 y T4 también aumentan la absorción intestinal de glucosa y la
utilización de la glucosa circulante; se produce así una curva de tolerancia a la glucosa
con hiperglucemia inicial y un exagerado consumo posterior del carbohidrato. El
incremento de las hormonas tiroideas provoca la disminución del colesterol circulante,
efecto que desaparece al disminuir la T3 y la T4.
 
Preguntas de reforzamiento
1 ¿Cuáles son los niveles de integración metabólica?
2 ¿Cuáles son los niveles de regulación del metabolismo?
3 ¿Cuáles son los factores de regulación del metabolismo a nivel enzimático?
4 ¿Qué tipo de hormonas modulan el metabolismo?
5 ¿Cuál es la ventaja de la compartimentación?
 
Referencias
Alberts B, Bray D, Lewis J, Raff M, Roberts K, Watson JD: Molecular Biology of the Cell. 3rd ed. USA: Garland, 1994.
Brodsky B, Persikov A: Molecular structure of the collagen triple helix. Adu Prot Chem 2005;70:301.
Chen D, Zhao M, Mundy G: Bone morphogenetic proteins. Growth Fact 2004;22:233.
922
https://booksmedicos.org
	Botón1: