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Fructosa Metabolismo

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Las dietas que contienen grandes cantidades de sacarosa (un disacárido de glucosa y fructosa) puede utilizar la fructosa como fuente principal de energía. Cabe señalar que la diferencia entre la cantidad de fructosa disponible a partir de sacarosa obtenido a partir de azúcares de caña o de remolacha no es significativamente inferior que la de jarabe de maíz. El jarabe de maíz es un poco mal identificado como jarabe de maíz de alta fructosa (JMAF; siglas en Inglés: HFCS), dando la impresión de que contiene una gran cantidad de fructosa. Sin embargo, mientras que el contenido de fructosa de la sacarosa es 50% (ya que es un disacárido puro de sólo glucosa y fructosa), el contenido en fructosa es sólo 55%. La razón JMAF tiene más de 50% de fructosa es debido a que el fructosa extraída de almidón de maíz es enzimáticamente tratada para convertir parte de la glucosa en fructosa. este se realiza con el fin de hacer que el azúcar más dulce por lo que es particularmente popular en la industria alimentaria. Por lo tanto, cualquier trastorno y / o disfunción (véase más adelante), que se atribuye al consumo de fructosa, puede ser manifiesto si se consume azúcar de caña o de remolacha o JMAF.

La vía a la utilización de fructosa difiere en el músculo y el hígado debido al diferencial distribución de fructosa enzimas fosforilantes. Hexoquinasas son una familia de enzimas que fosforilan hexosa azúcares tales como glucosa. Cuatro de las isoenzimas de mamíferos se conocen hexoquinasa (Tipos I-IV), con el Tipo IV isozima refiere a menudo como la glucoquinasa. La glucoquinasa es la forma de la enzima se encuentra en los hepatocitos y las β-células pancreáticas. Varios de los hexoquinasas (pero no de tipo IV) puede fosforilar diversos hexosas diferentes, incluyendo fructosa. Además de hexoquinasas, la fructosa puede ser fosforilada por fructokinases. Fructokinases se les denomine oficialmente como ketohexokinases (KHK). Hay dos formas de KHK en mamíferos que resultado de splicing alternativo del gen KHK. Estas dos isoformas se llaman KHK-A y KHK-C. Expresión de KHK-C se observa principalmente en el hígado, el páncreas, los riñones y los intestinos. Expresión de KHK-A es más ubicuo y se expresa en altos niveles en el músculo esquelético. Aunque tanto KHK-C y pueden KHK-A metabolizar fructosa, KHK-C se considera que es la principal enzima involucrada en el metabolismo de la fructosa, ya que sus KM para la fructosa es mucho menor que la de la KHK-A isoforma. Debido a su alto KM para la fructosa no es alguna pregunta acerca de si o no KHK-A fructosa activamente metaboliza in vivo.

muscular, el cual contiene dos tipos de hexoquinasa (tipo I y tipo II), puede fosforilar la fructosa para que F6P es una consecuencia directa intermediario glicolítico. Sin embargo, la afinidad de la hexoquinasa para la fructosa es sustancialmente menor que la de fructocinasa.

En el hígado, que contiene principalmente glucoquinasa (hexoquinasa tipo IV), que es específico para la glucosa como su "sustrato, existe el requisito de KHK para utilizar fructosa en la glicolisis. Hepática KHK-C fosforila la fructosa en la C-1 produciendo fructosa-1-fosfato (F1P). En la forma de hígado aldolasa que predomina (aldolasa B) se puede utilizar tanto F-1,6-BP y F1P como sustratos. Por lo tanto, cuando se le presenta F1P la enzima genera DHAP y gliceraldehido. La DHAP se convierte, por la triosa fosfato isomerasa, a G3P y entra en la glicólisis. El gliceraldehído puede ser fosforilada por la quinasa de G3P gliceraldehído o convertidos a DHAP a través de las acciones concertadas de la alcohol deshidrogenasa, la cinasa de glicerol y glicerol fosfato deshidrogenasa.

Las reacciones del metabolismo de la fructosa

La entrada de átomos de carbono de fructosa en la ruta glicolítica en los hepatocitos.

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Efectos de Fructosa en la Ingesta de Alimentos

Como se señaló en la página Glucólisis, la glucosa es el combustible primario utilizado para la producción de energía en el cerebro. Cuando la glucosa se ​​metaboliza en el hipotálamo, una vía de señalización se inicia la que culmina con la supresión de la ingesta de alimentos. Una información más detallada sobre la función del hipotálamo en el control de la ingesta de alimentos se pueden encontrar en el página Gut Interrelaciones del Cerebro. Los principales participantes en esta cascada de señalización incluye AMPK, acetil-CoA carboxilasa (ACC) y el producto de la ACC, malonil-CoA. El mecanismo por el cual la AMPK y el CAC están regulados, en última instancia, dando lugar a alteración de los niveles de malonil-CoA se detallan en la página de Síntesis de Lípidos. Brevemente, activación de los resultados de AMPK en la fosforilación del CAC que resulta en una menor actividad de la enzima último. A la inversa, cuando cae la AMPK activty el estado de fosforilación de la ACC se cae dando lugar a una mayor producción de malonil-CoA. Cuando se incrementa la oxidación de glucosa en el hipotálamo hay una defosforilación resultante y la inactivación de la AMPK y por lo tanto la activación de la ACC. El aumento resultante en el hipotálamo malonil-CoA se correlaciona con la reducción expresión de varios péptidos orexigénicos (por ejemplo, la ghrelina, NPY y AgRP) concomitante con la expresión activa de la varios péptidos anorexígenos (por ejemplo, α-MSH y CART). Estos cambios en el resultado de la expresión de neuropéptidos en la supresión de la ingesta de alimentos al mismo tiempo aumentar el gasto de energía en general.

En contraste con el efecto anorexígeno de metabolismo de la glucosa hipotálamo, el metabolismo de la fructosa en el cerebro ejerce un efecto orexígeno. Aunque el mecanismo general por el cual fructosa ejerce este efecto orexígeno son complejos es debido, en parte, al hecho de que el cerebro, como el hígado, poseen un conjunto único de los transportadores de azúcar y enzimas que metabolizan que permite a la fructosa para evitar el paso de la PFK-1 catalizada de la glicólisis. La PFK-1 es la reacción catalizada por el paso limitante de la glucólisis y es fundamental en la regulación global de la producción de ATP y el consumo. Desde hipotálamo metabolismo de la fructosa para superar esta paso regulador importante de su "metabolismo rápido elimina el ATP en el hipotálamo. Cuando los niveles de ATP caer hay un concomitante aumento de la AMP que se traduce en la activación de la AMPK. La activación de AMPK resultados en la fosforilación y la inhibición del CAC, que luego se traduce en la disminución de los niveles de malonil-CoA en el hipotálamo. Por lo tanto, aunque la glucosa y la fructosa utilizar la misma vía de señalización para controlar la ingestión de alimentos que actúan de una manera inversa y tienen efectos recíprocos en el nivel de hipotálamo malonil-CoA.

Numerosos experimentos en animales han implicado malonil-CoA como un intermedio clave en la regulación de la alimentación el comportamiento y el balance energético global iniciada a través de cascadas de señalización en el hipotálamo. La evidencia inicial demostración de esta función de malonil-CoA fue el hallazgo de que la inhibición de la sintasa de ácidos grasos (siglas en Inglés: FAS) suprimió la ingesta de alimentos. FAS es la principal enzima en la de novo la biosíntesis de los ácidos grasos. El antibiótico fúngico, cerulenina, y una relacionada análogo C75, se unen al sitio activo de su FAS inhibiendo con ello la actividad. Cuando estos compuestos se administran a ratones hay una disminución resultante en la ingesta de alimentos. Dado que la inhibición de FAS se espera que resulte en una acumulación de su sustrato, malonil-CoA, se sospechaba que malonil-CoA puede ser un participante en los efectos observados. De hecho, intracerebrovascular (icv) de inyección de C75 resulta en un mayor nivel de hipotálamo malonil-CoA. Es importante destacar que este efecto puede ser invertido por los inhibidores del CAC, la enzima que sintetiza malonil-CoA a partir de acetil- CoA. Investigaciones posteriores demostraron que los efectos anorexígenos de los inhibidores de FAS se debió a su capacidad de suprimir rápidamente la expresión hipotalámica de NPY y AgRP, dos péptidos orexigénicos clave, al tiempo que aumenta la expresión de α-MSH y CART, dos péptidos anorexígenos clave.

Malonil-CoA en el hipotálamo niveles se correlacionan bien con el estado nutricional. La síntesis de ácidos grasos en otros tejidos, tales como el hígado y el tejido adiposo, se produce principalmente durante el excedente de energía. Malonil-CoA, regula la energía metabolismo en el hígado a través de dos mecanismos opuestos. Sirve como sustrato para la FAS durante de novo síntesis de ácidos grasos, mientras que al mismo tiempo la inhibición de la oxidación mitocondrial de los ácidos grasos a través de su "acción como un inhibidor alostérico de carnitina palmitoil 1 (CPT1). La inhibición de CPT1 por malonil-CoA evita la entrada de ácidos grasos en la mitocondria, lo que inhibir la oxidación. Durante los períodos en que el gasto de energía excede el consumo, como por ejemplo durante el ayuno, los niveles de malonil-CoA en el hipotálamo son bajos. Tras la ingesta de alimentos que hay un rápido aumento de hipotálamo los niveles de malonil-CoA. Los cambios en el hipotálamo los niveles de malonil-CoA son seguidos rápidamente por los cambios en la expresión de orexígeno y anorexígenos péptidos. En el NPY ayunas y los niveles de PRA son altos, mientras que α-MSH y los niveles de compra son bajos. a volver a la alimentación de este patrón se invierte de inmediato.

La manipulación genética de hipotálamo los niveles de malonil-CoA también ha sido informativo. Por ejemplo, la interrupción de FAS la expresión génica en los resultados del hipotálamo en el aumento de los niveles de malonil-CoA y disminuciones en el peso corporal y el contenido de grasa. Concomitante con interrupción de la expresión génica hipotalámico FAS es un aumento en la concentración de malonil-CoA. Además, los niveles de péptidos orexigénicos disminuir mientras que los niveles de péptidos anorexígenos Aumentar interlineado a la supresión de la ingesta de alimentos. Por el contrario, la manipulación genética de la expresión de malonil-CoA descarboxilasa (siglas en Inglés: MCD) tiene los efectos opuestos a los los que se ven por la alteración de la expresión de FAS. MCD funciones en oposición a ACC en que es responsable de la conversión de malonil-CoA en acetil-CoA. De hecho el CAC y el MCD son recíprocamente regulados para asegurar la adecuada regulación de la síntesis de ácidos grasos y oxidación de ácidos grasos. La sobreexpresión de MCD en los resultados del hipotálamo en el aumento de la ingesta alimentaria y el peso corporal y también un aumento marcado en el contenido de grasa corporal (adiposidad). Además, cuando la expresión MCD se incrementa en el hipotálamo hay una inhibición observada del inhibidor FAS (C75)-inducida por la supresión de la ingesta de alimentos. Estos resultados obtenido con la expresión forzada de MCD proporcionan una fuerte evidencia de que hipotalámico malonil-CoA actúa como un indicador del estado de la energía y participa en la regulación de la conducta alimentaria. Además, estos resultados indican que malonil-CoA, en lugar de ácidos grasos, es el efector que regula la homeostasis de la energía.

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Utilización de Fructosa y la Disfunción Metabólica Asociada

El consumo de fructosa ha demostrado ser altamente correlacionada con el desarrollo de la diabetes, la obesidad y el síndrome metabólico. El consumo de bebidas no alcohólicas (alto en JMAF) está asociada con una mayor riesgo de obesidad en los adolescentes y para la diabetes tipo 2 en mujeres jóvenes y de mediana edad. El exceso de fruta zumo (también rico en fructosa) está asociada con el desarrollo de la obesidad en los niños. Una distinción entre metabolismo de fructosa y glucosa es que el metabolismo de la fructosa conduce a aumentos en la concentración sérica de ácido úrico. El aumento de la producción de ácido úrico, como resultado del metabolismo de la fructosa está relacionada con la actividad de KHK. La actividad de KHK es diferente de los otros hexoquinasas en virtud del hecho de que induce transitoria depleción de ATP en la célula. El mecanismo es debido al hecho de que KHK rápidamente fosforila fructosa a fructosa-1-fosfato resultante en marcada depleción de ATP. La actividad de KHK no está sujeta a alimentar-atrás inhibición tal como es el caso para el metabolismo de la glucosa, por tanto, la depleción de ATP es profunda. Dado que la mayoría de metabolismo de la fructosa se produce en el hígado, los efectos de esta depleción de ATP se ejerce sobre numerosos procesos metabólicos importantes heptaic. El agotamiento de ATP también se asocia con pérdida de fosfato intracelular y un aumento espectacular en la generación de AMP. Ambos este último estimulan la actividad de la degradación de nucleótidos de purina desaminasa catabólica enzima AMP creciente de AMP finalmente a ácido úrico.

Elevado de ácido úrico en suero es un buen predictor para el desarrollo de la obesidad y la hipertensión. El ácido úrico es el producto derivado de catabolismo de nucleótidos de purina. La gota es un trastorno que está relacionado con el exceso de producción y la deposición de cristales de ácido úrico con la causa de la hiperuricemia es la gota. Por lo tanto, el consumo excesivo de fructosa también puede resultar en, y exacerbar síntomas de la gota.

El consumo de fructosa en animales de laboratorio, los resultados de desarrollo en sus varias características del síndrome metabólico, incluyendo la obesidad, la acumulación de grasa visceral, hígado graso, y niveles elevados de insulina y los niveles de leptina. Es probable que el aumento en el consumo de fructosa, la leptina siguiente representa la resistencia a la leptina, lo que podría explicar la aumento de la ingesta de alimentos se observa en los animales alimentados con fructosa. Todos estos fenómenos asociados con el consumo de fructosa, incluyendo hiperuricemia, puede ser bloqueado en animales de laboratorio cuando ambos KHK-C y KHK-A isoformas se eliminan. La relación entre el metabolismo de la fructosa-mediada por la hiperuricemia y el desarrollo del síndrome metabólico puede también se demuestra por el hecho de que el tratamiento de animales con alopurinol, un fármaco utilizado para disminuir los niveles de ácido úrico en los pacientes de gota, previene parcialmente el síndrome metabólico inducida por la fructosa.

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Significado Clínico del Metabolismo de la Fructosa

Se han identificado tres anormalidades hereditarias en el metabolismo de la fructosa. La fructosuria esencial es una alteración metabólica benigna causada por la ausencia de fructocinasa que normalmente esta presente en el hígado, islotes pancreáticos y corteza renal. La fructosuria de esta enfermedad depende de la cantidad y tiempo de la ingesta. Debido a que la alteración es asintomática y que no causa daño, esta puede pasar sin ser diagnosticada.

La intolerancia heredada a la fructosa es una alteración potencialmente letal que resulta de la ausencia de la aldolasa B que normalmente esta presente en el hígado, intestino delgado y corteza renal. Esta alteración se caracteriza por hipoglucemia severa y vomito luego del consumo de fructosa. El consumo prolongado de fructosa por infantes con esta alteración lleva al vomito, falta de apetito, ictericia, hepatomegalia, hemorragia, y eventualmente insuficiencia hepática y la muerte. La hipoglucemia que ocurre luego del consumo de la fructosa se debe a la inhibición de la fructosa-1-fosfato de la glucogenolisis al interferir con la reacción de la fosforilasa, y por la inhibición de la gluconeogénesis en el paso de la deficiencia de aldolasa. Los pacientes no tienen síntomas si consumen dietas libres de fructosa y sucrosa.

La deficiencia heredada de fructosa1,6-bifosfatasa resulta en una alteración severa de la gluconeogénesis hepática y lleva a episodios de hipoglucemia, apnea, hiperventilación, cetosis, y acidosis láctica. Estos síntomas pueden tomar un curso letal en neonatos. Mas tarde en la vida, estos episodios se desencadenan durante el ayuno e infecciones febriles.

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Última modificación: 5 de abril de 2015