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Bioquimica de la nutricion humana

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Bioquimica de la nutricion humana

  1. 1. 24/09/12 BIOQUIMICA DE LA NUTRICION HUMANA BIOQUIMICA DE LA NUTRICION HUMANA -Proteínas, Lípidos y Carbohidratos- Los enormes avances obtenidos durante el desarrollo del soporte nutricional, han estado basados en los progresos, que en los años precedentes, se han logrado en la compresión de hecho fisiológicos cada vez más precisos. Si se desea manejar la nutrición desde un punto de vista racional, resulta necesario conocer los principios estructurales y fisiológicos de los principales nutrientes indispensables para mantener una arquitectura corporal normal. Solo se revisarán los puntos más prácticos de un tema en extremo complejo y se irán correlacionando con sus implicaciones clínicas. Se describirán sucesivamente las proteínas, los lípidos y los carbohidratos. Se ha omitido intencionalmente, tratar el metabolismo del agua, de los electrolítos, de los elementos traza y de las vitaminas, tópicos muy interesantes, pero que se alejan del propósito de ésta revisión. LAS PROTEINAS Las proteínas son macromoléculas definidas como polímeros cuyas unidades monoméricas son los amino-ácidos. Muchas de sus propiedades biológicas se deben al tipo de animo-ácido presentes, al orden en el cual se unen unos y otros y a la relación especial que ellos guarden entre si. Las proteínas están compuestas por carbono, oxígeno, hidrógeno y NITROGENO. El alto contenido de nitrógeno es el distintivo de las proteínas. El 16% del peso de una proteína es nitrógeno. Si se divide 100/16, se obtiene el factor 6.25, utilizado para convertir gramos de nitrógeno a gramos de proteína. De ésta manera, si suministramos 150 gramos de proteína a un paciente le estamos aportando : 150* 16%24 gramos de Nitrógeno. Si es necesario administrar a un paciente 15 gramos de nitrógeno debemos aportar 15*6.25 : 93.75 gramos de proteína. Las proteínas son principalmente estructurales, aunque en situaciones de ayuno y estrés pueden entregar sus amino ácidos constituyentes y aportar energía. Las principales funciones de las proteínas son estructurales (colágeno, elastina), Defensa (inmunoglobulinas), Coagulación (fibrinógeno), transporte (albumina, transferrina), regulación metabólica (enzimas) y movimiento (músculos liso, estriado y cardíaco). Los amino-ácidos Los alfa animo-ácidos, tienen un radical carboxilo (COOH) y un radical amino (NH2) unidos al mismo átomo de carbono. Los amino-ácidos pueden ser isómeros ópticos L o D, según puede desviar un haz de luz polarizada hacia la izquierda o hacia la derecha. La glicina por no contener un carbón asimétrico no tiene formas L o D. Todos los animo-ácidos de las proteínas orgánicas son Alfa.L. Aunque se han descrito más de 200 amino ácidos distintos, sólo 20 de ellos hacen parte de las estructura de las proteínas. CH3—CH—COOH NH2 Alanina. Alfa-aminoácido. De acuerdo a su estructura química se pueden dividir en VIl grupos. Se revisarán cada uno de éstos grupos denotando sus puntos de interés para el clínico. GRUPO I: amino-ácidos de cadena ramificada: Son amino ácidos cuya molécula está constituida por cadenas lineales que se van dividiendo a la manera de la rama de un árbol. Son la valina, la leucina y la isoleucina. Su metabolismo es principalmente muscular y una de sus funciones fundamentales es entregar el grupo NH2 al piruvato para la formación de alanina, que será transformada en glucosa en el higado. telesalud.ucaldas.edu.co/rmc/articulos/v11e2a6.htm 1/6
  2. 2. 24/09/12 BIOQUIMICA DE LA NUTRICION HUMANA GRUPO II : Amino-ácidos Aromáticos: éste grupo de amino ácidos posee núcleos aromáticos en su molécula. Son la fenilalanina, la tirosina y el triptofano. La tirosina se origina de la fenilalanina por hidroxilación (ganancia de un grupo hidroxilo-OH-), por acción de la enzima fenilalina hidroxilasa. La deficiencia de ésta enzima es la responsable de la fenilcetonuria, pero se presentan niveles bajos en los recién nacidos y prematuros, razón de que la tirosina sea esencial en éste grupo de pacientes. El metabolismo de los aminoácidos aromáticos es primordialmente hepático. En presencia de una función hepática comprometida pueden atravesar la barrera hemáto-encefálica originando falsos neurotransmisores del tipo de la octopamina y de las fenoletanolaminas, sustancias que han sido implicadas en la génesis de la encefalopatía metabólica de origen hepático. Además de hacer parte de las proteínas y las hormonas tiroideas. GRUPO III: Amino ácidos que contienen azufre: son la metionina y la cisteina. La cisteina puede originarse de la mitionina. La cisteina puede conjugarse consigo misma para originar la cistina. El S de éstos amino ácidos origina en su metabolismo Sulfatos (S04) que hacen parte de los aniones no medibles. El aumento de los sulfatos puede ser responsable de acidosis metabólica con aumento de la brecha aniónica. La Brecha aniónica normal es de 16 MEq. GRUPO IV: Amino ácidos con grupos ácidos o sus amidas: éstos amino ácidos contienen además de su radical COOH propio de todos los amino ácidos, un segundo grupo carboxílico que le confiere propiedades de ácido. También se les puede llamar aminoácidos dicarboxílicos. Son el ácido glutámico y su amida la glutamina y el ácido aspártico y su amida la asparagina. El ácido glutámico sufre transaminación y formará el alfa-ceto-glutárico y el ácido aspártico sometido a transaminación. Formará el oxal-acetato, que como se verá más adelante hacen parte de los pasos intermediarios del ciclo de Krebs. La glutamina es necesaria en la síntesis de las purinas y las pirimidinas y puede ser precursor también de la prolina y la hidroxiprolina que hacen parte fundamental del colágeno. Cada vez se le da más importancia a la glutamina en mantener el trofismo del intestino, y en especial del intestino delgado. GRUPO V : Amino ácidos con grupos básicos: Son la arginina, la lisina, la hidroxilisina y la histidina. Además de su grupo amino-NH2- característico de todos los amino ácidos, contienen un segundo grupo amino que les confiere propiedades básicas. Recordemos la importancia de la arginina en la síntesis de la úrea a partir de amonio (NH3), haciendo parte del ciclo de la ontina-citrulina-arginina. GRUPO VI : Amino ácidos : son la prolina y la hidroxiprolina. Contienen un grupo amino-NH-, siendo los únicos amino ácidos donde el nitrógeno hace parte de el núcleo estructural. GRUPO VIl : Amino ácidos que contienen grupos hidroxilos-OH-; son la serina y la treonina. También podrían clasificarse los amino ácidos de acuerdo a la capacidad del organismo para sintetizarlos o no. Desde este punto de vista deben considerarse dos grupos: los amino ácidos esenciales que no pueden ser sintetizados por el organismo y deben provenir de fuentes exógenas, y los amino ácidos no esenciales que el organismo puede sintetizar a partir de otras sustancias orgánicas. Los amino ácidos esenciales son 8, a saber: valina, leucina, isoleucina (aminoácidos de cadena ramificada), fenilalanina, triptófano ( amino ácidos aromáticos), metionina ( amino ácidos azufrados),treonina(amino ácido con grupo hidroxilo), lisina (amino ácido con grupo básico). La arginina y la histidina son clasificados, algunas veces, como "semiesenciales" porque, como en el caso de la histidina, pueden ser sintetizados en los tejidos pero no en cantidades adecuadas para mantener el crecimiento de individuos Jóvenes. La histidina es esencial en los niños y la tirosina es esencial en los prematuros, pués son deficientes en fenilalaninahidroxilasa. Para que una mezcla de amino-ácidos sea útil a la síntesis protéica, debe contener todos los amino-ácidos esenciales y en proporciones adecuadas, de lo contrario, los amino-ácidos de una mezcla incompleta tomarán la vía gluconeogenética para producir energía y su destino final no serán las proteinas. telesalud.ucaldas.edu.co/rmc/articulos/v11e2a6.htm 2/6
  3. 3. 24/09/12 BIOQUIMICA DE LA NUTRICION HUMANA Los aminoácidos no esenciales comprenden la alanina, la asparagina, el ácido aspártico, la cistina, el ácido glutámico, la glutamina, la glicina, la prolina, la hidroxiprolina, la serina y la tirosina. Muchos alfa aminoácido no hacen parte de las proteinas orgánicas pero poseen funciones importantísimas en el metabolismo de los mamíferos como la citrulina y el ácido arginosuccínico intermediarios en la biosíntesis de la úrea,, la 3,4dihidroxifenilalanina (DOPA) fundamental en la síntesis de las catecolaminas y la mono, la dí y la triyodotirosina que hacen parte de las hormonas tiroideas. Otros aminoácidos no alfa tienen importancia como la beta alanina que hacen parte de la coenzima A; otros ejemplos son la taurina y el ácido gama amino butírico (GABA). Otra manera de clasificar los amino ácidos se basa en la posibilidad de que sus esqueletos de carbono puedan ser convertidos en glucosa, grupo que se denominará amino ácidos glucogénicas o en acetil CoA, grupo llamado de amino ácidos cetogénicos. Los amino ácidos glucogénicos son glicina, alanina, valina, leucina, fenilalanina, tirosina, aspartato.glutamato, prolina, arginina, serina, treonina. Los amino ácidos cetogénicos son la fenialanina, la tirosina, la leucina, la isoleucina, el triptofano y la leucina. Como puede verse hay algunos amino ácidos que son glucogénicos-cetogénicos. Los únicos amino ácidos cetogénicos puros son la lisina y la leucina. Los siguientes ejemplos ilustran como los diferentes amino-ácidos cetogénicos puros son la lisina y la leucina. Los siguientes ejemplos ilustran como los diferentes amino-ácidos ingresan al ciclo de Krebs: Alanina, cisteina, glicina, hidroxiprolina, serina, treonina... piruvato. acetil CoA... Citrato, Isoleucina, leucina, triptofano, lisina, fenilalanina, tirosina, Acetil CoA...Citrato. Prolina, glutamina, histidina, arginina... glutamato... cetoglutarato (paso intermedio del ciclo de Krebs). Fenilalanina, tirosina...fumarato...oxalacetato + Acetil coA... Citrato Valina, metionina, Isoleucina.-.Succinil CoA... fumarato...oxalacetato + Acetil CoA...Citrato. Los amino ácidos pueden sufrir desaminación oxidativaporlacualun animo-ácido es convertido a sus respectivos cetoácidos con producción de amoniaco. Este amoniaco puede ser excretado en forma de úrea o ser utilizado en la animación de un cetoácido para producir un aminoácido. También puede sufrir transaminación: por este fenómeno un amino-ácido cede un grupo N H2 a un cetoácido y se forman un nuevo aminoácido y un nuevo cetoácido. La desaminación se lleva a cabo principalmente en los tejidos periféricos. La transaminación es una función primordialmente hepática. La calidad nutricional de una proteina se mide por su valor biológico. Cuando se administra una proteina al organismo humano y una gran parte de su nitrógeno es retenido, ésta proteina será de alto valor biológico. Si por el contrario el nitrógeno administrado en esa proteina se pierde en grandes proporciones, hemos suministrado una proteina de bajo valor biológico. El valor biológico depende de los amino-ácidos esenciales que contenga la proteina y de las proporciones que existan entre ellos. Las proteínas de alto valorbiológico contienen todos los amino ácidos esenciales y en proporciones adecuadas. A diferencia de lo que ocurra con los lípidos y los carbohidratos, no existen depósitos importantes de amino ácidos, sino un pequeño "pool" que requiere un recambio continuo. La función de las proteínas dietéticas es proveer amino-ácidos para la síntesis protéica orgánica, importante en la formación y conservación de las diferentes masas celulares, en la síntesis de hormonas y enzimas, en la síntesis de proteínas plasmáticas y en algunos casos, puede proveer energía. La pérdida de 1 gramo de nitrógeno representa que se han catabolizado 6.25 gramos de proteínas. Como solo el 25% del peso de los músculos es proteina, entonces por cada gramo de nitrógeno se han perdido 25 gramos de telesalud.ucaldas.edu.co/rmc/articulos/v11e2a6.htm 3/6
  4. 4. 24/09/12 BIOQUIMICA DE LA NUTRICION HUMANA masa celular muscular (6.25 x 4:25). El metabolismo de 1 gramo de proteínas aporta 4 kilocalorías. La síntesis de proteínas es una función celular regida por el DNA y el RNA. En nutrición parenteral se administran directamente los amino-ácidos deberá tener las siguientes características: 1. Contener todos los amino ácidos esenciales y en proporción de amino ácidos totales a amino ácidos esenciales de 3/2. 2. Todos los amino ácidos deberán administrarse en su forma L. 3. Bajo contenido de glicina y de alanina. Son amino ácidos fundamentalmente glucogénicos. 4. Buen contenido de arginina. Las soluciones con bajos contenidos de arginina pueden originar hiperamonemia, pues debe recordarse que la argina hace parte del ciclo de síntesis de la úrea. 5. Contenido limitado de fenilalanina. La acumulación de éste amino ácido puede originar daño cerebral, es especial en los niños que carecen de la fenilalanina hidroxilasa para convertirlo en tirosina. 6. Deben contener tirosina, esencial en los niños. 7. Una proporción adecuada, entre el 15% y el 25% de sus amino ácidos, deberán ser de cadena ramificada. A continuación se presenta una revisión hecha por el autor, que compara las diversas soluciones de amino ácidos cristalinos para uso intravenoso disponibles en el mercado, (ver Tabla Nro1). LOS LIPIDOS La unión de alcohol y un ácido recibe el nombre de éster. Básicamente los lípidos son ésteres de ácidos grasos con diferentes alcoholes. La clasificación de los lípidos está basada en el reconocimiento de las moléculas que los componen,-Pueden dividirse así en : 1. Lípidos Simples. 1.1. Grasas : El glicerol es un propano triol, o sea, una molécula de 3 carbonos a la cual se han unido 3 radicales hidroxilos-OH-, es por lo tanto un alcohol. Si a éste glicerol se le une una molécula de ácido graso saturado se forma un monoglicérido, si son dos moléculas de ácido graso saturado será un diglecérido y son tres será un triglicérido. Característicamente éstas grasas son sólidas. Se prefieren actualmente los términos mono acil, diacil y triacil gliceroles. Si los ácidos grasos que se unen a glicerol son insaturados se formarán grasas líquidas llamadas aceites. Puede comprenderse así porque cada que se pretende administrar ácidos grasos insaturados debe hacerse a partir de aceites. Los triglicéridos pueden clasificarse de acuerdo al número de átomos de carbono de los ácidos grasos saturados que contengan. S¡ estos son menores de 6 carbonos (butírico) se denominan triglicéridos de cadena corta, si están entre 6 y 12(capróico,caprilico,cápricoyláurico) se llamarán triglicéridos de cadena media y si tiene más de doce carbónos (palmítico.esteárico) se les llamará triglecéridos de cadena larga. Los triglicéridos de cadena larga se depositan en el tejido adiposo y requieren de la carnitina para entrar a la vidaoxidativa mitocondrial. Los triglicéridos de cadena media no se depositan y se oxidan rapidamente pues no requieren de la carnitina para su ingreso a la mitocondria. 2. Lipidos compuestos: además del alcohol y el ácido, contienen grupos moleculares diferentes. Ejemplo : Los fosfolípidos que son esteres de glicerol con 1 molécula de ácido fosfórico ya que hacen parte de las membranas telesalud.ucaldas.edu.co/rmc/articulos/v11e2a6.htm 4/6
  5. 5. 24/09/12 BIOQUIMICA DE LA NUTRICION HUMANA biológicas; los glucolípidos contienen carbohidratos. Otros lípidos compuestos son los sulfolípidos los aminolípidos y las lipoproteinas. 3. Lípidos derivados : Entre ellos se clasifican los esteroides y los esteroles. Los ácidos grasos Los ácidos grasos son sustancias orgánicas que poseen la fórmula general R-COOH, en la que R es una cadena hidrocarbonada. Los únicos átomos de oxígeno que poseen los ácidos grasos están en su radical carboxilio-COOH-. Por definición las grasas son insolubles en agua, los ácidos acéteticos y propionico, no deberían ser considerados ácidos grasos por el hecho de ser solubles en agua, así posean la estructura R-COOH. El primer ácido graso verdadero es el ácido butírico. Pueden dividirse en ácidos grasos saturados caracterizados por la ausencia de enlances dobles - covalentes - entre sus carbonos. Entre ellos están los ácidos butírico, palmítico. esteárico, laúrico, mirístico, capróido etc..... y ácidos grasos insaturados aquellos que poseen enlaces dobles entre sus carbonos. En éste grupo se clasifican las ácidos aléico, linoléico, linolénico y araquidónico que contienen 1,2,3 y 4 enlaces dobles respectivamente. Los ácidos grasos saturados son no esenciales, los ácidos grasos insaturados son esenciales, en especial el linoléico. Los ácidos grasos insaturados poseen enlaces dobles. Para señalar la posición de estos enlaces se cuenta con varios convenciones; por ejemplo el número 9 precedido por la letra griega delta (delta 9) indica que existe un enlace doble entre los carbonos 9 y 10, tomando como carbono 1 el del grupo carboxilo (COOH). Otra convención, y es la más usada, indica el número de carbonos seguido por el número de enlaces dobles posteriormente la posición de esos enlaces. Por ejemplo : ácido linoléico :18:2;9.12....¡ndicaque tiene 18 carbonos y 2 enlaces dobles en posiciones C9 y C12., ácido linoléico :18;2;9,12., ácido linolenico: 18:3:9,12,15.. Acido araquidónico..20:4:5,8,11,14. Actualmente no se usa el carbono Delta que parte del carbono donde se localiza el COOH, sino el carbono OMEGA (W) que es el carbono final al otro lado de la molécula. Si a partir del carbono Omega hay tres carbonos antes de encontrar el primer enlace insaturado al ácido graso será omega-3. si hay 6 carbonos será omega-6 y si hay 9 carbonos, sera omega-9. C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-C-COOH . . . . Carbono Omeqa Carbono Delta De ésta manera se clasifican los ácidos grasos insaturados Familia W-3 Familia W-6 Familia W-9 Alfa linoléico Linoléico Oleíco (18:1W9) (18:3W3) (18:2W6) Eicosatrienoico Linolénico (20:3W9) (18:3W6) Araquidónico (20:4W6) Un ácido graso de una familia no puede dar origen a un ácido de otra, porque aunque por vía metabólica puede elongar su cadena igualando el número de átomos de carbono de otro ácido graso, es incapaz de cambiar la posición de sus enlaces dobles lo que determinará que siga perteneciendo a la misma familia. Así, en presencia de deficiencia de ácido linoléico con incapacidad de originar ácido araquidónico, el ácido oléico elongará su cadena para formar el 20:3, pero seguirá siendo W9 y nunca podrá pasar a ser W6. telesalud.ucaldas.edu.co/rmc/articulos/v11e2a6.htm 5/6
  6. 6. 24/09/12 BIOQUIMICA DE LA NUTRICION HUMANA Como se ha dicho la importancia de los ácidos grasos insaturados radica en que los poliinsaturados son esenciales, en especial el ácido linoléico. El ácido araquidónico puede derivarse del linoléico, dando como metabolito intermediario el eicosatrienoico (8,11,14). Estos datos tienen interés en la comprensión de un síndrome clínico (síndrome de deficiencia de ácidos grasos esenciales), que originan las terapias nutricionales libre de grasas. Uno de los pilares diagnósticos es la relación Trieno/Tetraeno (mayor de 0.4) originada de una disminución de ácido graso de 4 enlaces dobles (Tetraeno) y un aumento de ácido graso de 3 enlaces dobles (el 5,8,11 eicosatrienoico, derivado del ácido oléico-Trieho-). La ciclo oxigenasa y la lipo oxigenasa actuando sobre los ácidos grasos poli insaturados originan los eicosanoides o prostanoides entre los que se cuentan las prostaglandinas, los tromboxanos, las prostaciclinas,los leucotrienos y los ácidos grasos epoxigenados. El metabolismo de las grasas aporta 9 kilocalorías por gramo de grasa. La grasa corporal constituye, así, una gran reserva energética de cerca de 140.000 calorías en un hombre promedio de 70 kilogramos. Esta grasa es utilizada en los estados de ayuno ingresando al ciclo de Krebs como Acetil CoA. La oxidación de los ácidos grasos se efectúa por la Beta-oxidación, es decir, por un proceso que remueve 2 átomos de carbono cada vez, del terminal carboxílico de la molécula. Por otra parte las proteínas y los carbohidratos pueden convertirse en ácidos grasos por adición de moléculas de Acetil CoA, producto de su metabolismo, hasta formar cadenas apropiadas. Este proceso puede ser mitocondrial vía Acetil CoA o Citoplasmático. no mitocondrial, por el sistema Malonil CoA. Cuerpos cetónicos : el aceto-acetato se forma a partir de acetil CoA y el 3 hidroxibutirato es un derivado del aceto acetato. Son sintetizados en el higado a partir de ácidos grasos. La oxidación de los cuerpos cetónicos disminuye las demandas de glucosa y la gluconeogénesis a partir de las proteinas. Las emulsiones de lípidos para un uso intravenoso, están constituidas por un aceite vegetal de soya (Intralipid) (R) o cártamo-(Liposyn)(R), o una mezcla da ambos aceites (Liposyn II)(R) emulsificado con fosfolipidos de yema de huevo o de semilla de soya o lecitina, se busca su isotonicidad agregando sorbitol, xilitol o glicerol. telesalud.ucaldas.edu.co/rmc/articulos/v11e2a6.htm 6/6

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