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9.1: Metabolismo de monosacáridos

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    Metabolismo de fructosa

    La fructosa es un componente dietético de la sacarosa en la fruta, como azúcar libre en la miel y en el jarabe de maíz alto en fructosa. Es absorbido por las células a través de la difusión facilitada a través del transportador GLUT5. La fructosa se metaboliza principalmente en el hígado, y el paso inicial implica la fosforilación en la posición 1 para formar fructosa 1-fosfato (figura 9.1). La fructoquinasa, la principal quinasa involucrada, fosforila la fructosa en la posición 1. La fructoquinasa tiene una fructosa alta\(V_{max}\) y fosforila rápidamente a medida que ingresa a la célula. La aldolasa B escinde la fructosa 1-fosfato en gliceraldehído 3-fosfato y dihidroxiacetona-fosfato, que pueden entrar directamente en la glucólisis.

    Fructosa flecha enzima fructoquinasa con ATP flecha ADP a fructosa 1-P flecha enzima aldolasa B con pérdida de dihidroxiacetona-P a gliceraldehído flecha enzima triosa quinasa con ATP flecha ADP a gliceraldehído 3-P flecha piruvato flecha TCA ciclo con pérdida de ácidos grasos al ciclo de TCA. Piruvato lactato de flecha bidireccional. Glucosa flecha enzima hexoquinasa con ATP flecha ADP a glucosa 6-P flecha bidireccional fructosa 6-P flechas circulares bidireccionales fructosa 1,6-BP flechas bidireccionales con aldolasa B (hígado) y aldolasa A (músculo) a gliceraldehído 3-P y dihidroxiacetona-P. Glucosa 6-P flecha bidireccional Glucosa 1-P flechas circulares bidireccionales glucógeno.

    Figura 9.1: Convergencia del metabolismo de fructosa y glucosa.

    La aldolasa B es la enzima limitante de la tasa del metabolismo de la fructosa, aunque no es una enzima limitante de la tasa de glucólisis. La afinidad de la aldolasa B por la fructosa 1-fosfato es menor que la fructosa 1,6-bisfosfato y es muy lenta en los niveles fisiológicos de fructosa 1-fosfato. En consecuencia, después de un alto consumo de fructosa, la fructosa 1-fosfato se acumulará en el hígado, y se convierte lentamente en intermedios glicolíticos a lo largo del tiempo (figuras 9.1 y 9.2).

    Deficiencias en el metabolismo de fructosa

    La fructosuria esencial (deficiencia de fructoquinasa) y la intolerancia hereditaria a la fructosa (HFI) (una deficiencia de la escisión de fructosa 1-fosfato por la aldolasa B) son trastornos hereditarios del metabolismo de la fructosa. Una deficiencia en fructoquinasa es un trastorno genético benigno. En este caso, un individuo tendrá fructosuria; la fructosa no está fosforilada y atrapada en la célula. En consecuencia, cualquier fructosa ingerida se desprende en la orina. La intolerancia hereditaria a la fructosa es causada por una deficiencia de aldolasa B y resulta en una acumulación de fructosa 1-fosfato en los hepatocitos. La incapacidad para metabolizar la fructosa 1-fosfato puede causar síntomas clínicos significativos, especialmente hepatomegalia e hipoglucemia en ayunas. La acumulación de fructosa 1-fosfato finalmente inhibe tanto la glucogenólisis como la gluconeogénesis (debido a la falta de fosfato libre), dando lugar a brotes de hipoglucemia en ayunas.

    Metabolismo de galactosa

    La galactosa se consume principalmente como lactosa, la cual se escinde a galactosa y glucosa en el intestino. La galactosa es posteriormente fosforilada a galactosa 1-fosfato por galactoquinasa (principalmente en el hígado). Después de la fosforilación, la galactosa 1-fosfato es activada a un azúcar de uridina difosfato (UDP) por galactosil uridiltransferasa (GALT). Posteriormente, la vía metabólica genera glucosa-1-fosfato, que entra en la vía glicolítica (figura 9.2)

    Fructosa flecha con ATP flecha ADP y enzima fructoquinasa a Fructosa 1-fosfato flechas ramificadas bidireccionales enzima fructosa 1-P aldolasa (aldolasa B) a dihidroxiacetona fosfato (DHAP) y gliceraldehído. DHAP flecha bidireccional enzima triosafosfato isomerasa a gliceraldehído 3-fosfato. Flecha de gliceraldehído con flecha ATP ADP y enzima triosa quinasa a gliceraldehído 3-fosfato.

    Figura 9.2: Metabolismo de la fructosa y reacción por aldolasa B. Las deficiencias en la aldolasa B pueden resultar en intolerancia hereditaria a la fructosa, mientras que las deficiencias en la frutoquinasa pueden resultar en fructosuria esencial.

    Deficiencias en el metabolismo de galactosa

    La galactosemia clásica, una deficiencia de galactosil uridiltransferasa (GALT), da como resultado la acumulación de galactosa 1-fosfato en el hígado y la inhibición del metabolismo hepático del glucógeno y otras vías que requieren UDP-azúcares. Las cataratas pueden ocurrir por la acumulación de galactosa en la sangre, que se convierte en galactitol (el alcohol de azúcar de la galactosa) en el cristalino del ojo.

    Galactitol enzima flecha bidireccional aldosa reductasa con NADP+ flecha bidireccional NADPH a galactosa flecha enzima galactoquinasa con ATP flecha ADP a galactosa 1-fosfato flecha UDP-galactosa flecha enzima galactosa 1-fosfato uridiltransferasa (GALT) a Glucosa 1-fosfato flecha enzima UTP glucosa 1- fosfato uridiltransferasa a UDP-glucosa flecha enzima UDP-glucosa deshidrogenasa con 2 NAD+ flecha 2 NADH y pérdida de glucosaminoglicanos (GAGs), glicoproteínas y glicolípidos a UDP-glucuronato. UDP-galactosa flecha enzima UDP-galactosa epimerasa a UDP-glucosa flecha UDP-galactosa. UDP-galactosa flecha enzima lactosa sintasa (dentro de Golgi) con Glucosa flecha UDP a lactosa. Flecha UDP-glucosa Flecha UDP con flecha ATP flecha ADP a UTP tocando entre glucosa 1-fosfato y UDP-glucosa a PPi flecha con adición de H2O a 2 Pi.

    Figura 9.3: Metabolismo de la galactosa; la glucosa 6-fosfato se convierte en glucosa-1-fosfato, la cual ingresa a la vía.

    La acumulación de galactosa 1-fosfato es especialmente tóxica para el hígado, los riñones y el sistema nervioso central. Si no se trata, la enfermedad es fatal por complicaciones como sepsis gramnegativa o insuficiencia hepática y renal. La ausencia de actividad de GALT puede detectarse en cualquier momento después del nacimiento y evaluarse como parte del cribado del recién nacido. Es fundamental obtener resultados puntualmente, ya que los niños con galactosemia clásica pueden tener una crisis potencialmente mortal dentro de los primeros días después del nacimiento. A los lactantes con un resultado positivo se les coloca una fórmula sin lactosa y se realizan pruebas confirmatorias midiendo las concentraciones específicas de metabolitos y la actividad enzimática en eritrocitos.

    La galactosemia no clásica causa menos complicaciones médicas y se presenta con un patrón diferente de síntomas. Las presentaciones pueden involucrar cataratas, retraso en el desarrollo y problemas renales.

    Galactosa flecha marcada galactosemia no clásica con ATP flecha ADP y enzima galactoquinasa a galactosa-1-fosfato flecha marcada galactosemia clásica y enzima galactosa 1-fosfato uridiltransferasa a glucosa-1-fosfato flecha glucosa-6-fosfato flecha texto glucosa hepática. En la flecha clásica de galactosemia, flecha de glucosa UDP flecha de galactosa UDP enzima epimerasa flecha UDP-glucosa. Glucosa-6-fosfato flecha glucólisis (otros tejidos).

    Figura 9.4: Comparación de galatosemia clásica y no clásica.

    Referencias y recursos

    Texto

    Ferrier, D. R., ed. Opiniones ilustradas de Lippincott: Bioquímica, 7a ed. Filadelfia: Wolters Kluwer Health/Lippincott Williams & Wilkins, 2017, Capítulo 12: Metabolismo de Monosacáridos y Disacáridos, Capítulo 23: Efectos de la Insulina y el Glucagón: Sección IV.

    Le, T. y V. Bhushan. Primeros Auxilios para el USMLE Paso 1, 29a ed. Nueva York: McGraw Hill Education, 2018, 72, 80—81.

    Lieberman, M., y A. Peet, eds. Bioquímica Médica Básica de Marks: Un Enfoque Clínico, 5ª ed. Filadelfia: Wolters Kluwer Health/Lippincott Williams & Wilkins, 2018, Capítulo 22: Generación de ATP a partir de glucosa, fructosa y galactosa, Capítulo 33: Metabolismo del etanol.

    Cifras

    Gris, Kindred, Figura 9.1 Convergencia del metabolismo de fructosa y glucosa. 2021. https://archive.org/details/9.1_20210926. CC BY 4.0.

    Grey, Kindred, Figura 9.2 Metabolismo de la fructosa y reacción por Aldolasa B. Las deficiencias en la aldolasa B pueden resultar en intolerancia hereditaria a la fructosa mientras que las deficiencias en la frutoquinasa pueden resultar en fructosuria esencial. 2021. https://archive.org/details/9.2_20210926. CC BY 4.0.

    Gris, Kindred, Figura 9.3 Metabolismo de galactosa; glucosa 6-fosfato se convierte en glucosa 1-fosfato que entra en la vía. 2021. https://archive.org/details/9.3_20210926. CC BY 4.0.

    Gris, Kindred, Figura 9.4 Comparación de galatosemia clásica y no clásica. 2021. https://archive.org/details/9.4_20210926. CC BY 4.0.

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