La insulina facilita la captación, el almacenamiento y la utilización de glucosa por el hígado. Esto ocurre puesto que se incrementa la actividad de la enzima glucoquinasa, la cual convierte la glucosa en glucosa fosforilada, que es el principal sustrato que utiliza la glucógeno sintetasa para formar glucógeno en el hígado. Así que, la insulina estimula la síntesis de glucógeno en el hígado. El ingreso de glucosa en el hígado depende de una elevada concentración de esta en la vena porta, debido a que el Km para el transporte de glucosa (GLUT2) y para la glucoquinasa es alto (casi 10 mM). 1
En período postprandial, se incrementa la tasa de glucólisis (se activa la actividad de fosfofructocinasa-2 [PFK-2]; por lo tanto, la fosfofructocinasa-1 [PFK-1] se activa por acción de la fructosa 2,6-bisfosfato) de tal forma que pueda producirse acetil-CoA para la síntesis de ácidos grasos (la acetil-CoA carboxilasa se activa por el citrato). Por consiguiente, luego de una comida rica en carbohidratos, el hígado utiliza la glucosa como su mayor fuente de combustible mientras activa las vías para la síntesis de glucógeno y ácidos grasos. 2
Luego de una comida rica en proteínas, la mayor parte de los aminoácidos de cadena ramificada no son oxidados en el hígado (debido a una muy baja actividad de la transaminasa de aminoácidos de cadena ramificada) y en cambio ingresan a la circulación periférica para su utilización como combustible por otros tejidos o para la síntesis de proteínas (estos aminoácido son esenciales). Sin embargo, el hígado toma cualquier aminoácido que necesite para llevar a cabo su propia síntesis de proteínas. . Por ejemplo, el hígado utiliza los esqueletos de carbono y nitrógenos de aminoácidos para la síntesis decompuestos que contienen nitrógeno, como el hemo, purinas y pirimidinas.2
En el organismo, existen los denominados tejidos sensibles a la insulina; estos expresan el transportador de glucosa GLUT-4, llevándolo hacia la membrana celular y permitiendo el ingreso de la glucosa a la célula, debido a una especialización tisular metabólica que reacciona a la insulina. Algunos de estos tejidos son el muscular y el adiposo. 3
La insulina llega al músculo a través del torrente sanguíneo y una vez allí se une a receptores celulares específicos, ocurriendo así la primera etapa de una cascada de reacciones que desencadenan diversas acciones biológicas (ver cascada de insulina).
El efecto de la insulina en las células musculares hace que a través de la expresión del GLUT-4 ingrese glucosa a la célula, obteniendo energía a través de ella y promoviendo su almacenamiento en forma de glucógeno. 4
En el tejido muscular predomina la vía glucolítica, la cual ocurre en el citosol.5 Una vez en el interior de la célula, la glucosa es fosforilada por la enzima hexoquinasa a glucosa-6-fosfato y metabolizada para satisfacer las necesidades energéticas de las células. 4
En situaciones aeróbicas, el piruvato es el producto terminal de la glucólisis. Seguidamente, el piruvato es transportado a la mitocondria, donde es descarboxilado a Acetil-CoA en un complejo enzimático en la membrana mitocondrial interna (complejo piruvato deshidrogenasa) para continuar al Ciclo de Krebs. 5
Además, al aumentar la disponibilidad de glucosa-6-fosfato, se ve favorecida la síntesis de glucógeno. 4 La glucosa-6-fosfato es isomerizada a glucosa-1-fosfato por la enzima fosfoglucomutasa. Esta molécula continúa una serie de reacciones que termina en la formación de glucógeno, proporcionando una fuente disponible de sustrato para la glucólisis dentro del músculo en sí. 5
Simultáneamente, la VLDL y los quilomicrones son hidrolizados por la acción de la lipoproteína lipasa, liberando ácidos grasos que viajan a través del torrente sanguíneo asociado a la albúmina. Los ácidos grasos son capaces de ingresar a las células musculares. 3, 4
La insulina, además, estimula el ingreso de aminoácidos a la célula. 4 Principalmente, los aminoácidos son utilizados para restituir las proteínas tisulares3 mediante la síntesis de proteínas y para sintetizar aminoácidos esenciales. Algunos aminoácidos también son sintetizados a partir de moléculas de otros procesos, como el α-cetoglutarato (proveniente del ciclo de Krebs) que forma glutamato como resultado de una amidación reductiva. 5
De la misma manera que ocurre en las células musculares, la insulina estimula el transporte de la glucosa a través de la membrana hacia el interior de los adipocitos. 6
Aunque no de manera tan evidente como los efectos sobre el metabolismo de los hidratos de carbono, la insulina afecta el metabolismo de los lípidos en formas que a largo plazo tiene total relevancia. En situaciones de exceso de insulina ocurre el almacenamiento de grasas en forma de triglicéridos en el tejido adiposo.7
Al aumentar la absorción de glucosa, una parte de esta es utilizada para formar ácidos grasos y glicerol, estos se combina y forman los triglicéridos. 6
La síntesis de triglicéridos (lipogénesis) en tejido adiposo es regulada por la carboxilación de acetil-CoA a malonil-CoA, reacción catalizada producida por la enzima acetil-CoA carboxilasa, la cual es estimulada por la insulina. En otras palabras, la insulina estimula la conversión de carbohidratos en grasas.
La insulina también aumenta la actividad de la lipoproteína lipasa (LPL), permitiendo la absorción de los triglicéridos por parte de los adipocitos. 1
El glucagón es una hormona peptídica. Es secretada por las células α de los islotes pancreáticos.
El objetivo principal para la acción del glucagón es el hepatocito hepático, donde su acción está mediado por un aumento en la concentración de cAMP. El AMPc activa la proteína quinasa A, que, al catalizar la fosforilación, altera la actividad de las enzimas que median las acciones que se dan a continuación.1
En el hígado el glucagón tiene los siguientes efectos:
En el metabolismo de los carbohidratos el glucagón aumenta la síntesis de glucosa hepática (gluconeogénesis) y la degradación del glucógeno hepático (glucogenolisis) con el fin de prevenir la hipoglucemia.8
El glucagón activa la glucógeno fosforilasa, descomponiendo el glucógeno en glucosa-1-fosfato. El glucagón inactiva la glucógeno sintetasa, evitando que la glucosa-1-fosfato se recicle en glucógeno.1
El glucagón inhibe la fosfofructoquinasa-2 (PFK-2), reduciendo así el 2,6 bisfosfato, que a su vez inhibe la PFK-1 (una enzima importante que conduce la glucólisis). La inhibición de PFK-1 ayuda a la gluconeogénesis. Además, el glucagón, junto con el cortisol, mejora la fosfoenolpiruvato carboxicinasa, una enzima clave en la vía gluconeogénica. Finalmente, el glucagón estimula la glucosa-6-fosfatasa, liberando así glucosa en la sangre.1
En el metabolismo de los lípidos el glucagón aumenta la oxidación hepática de ácidos grasos y la formación de cuerpos cetónicos.8
El glucagón inhibe la actividad de la acetil CoA carboxilasa, disminuyendo la formación de malonil CoA. Cuando la concentración de malonil CoA es baja, se favorece la cetogénesis sobre la lipogénesis.1
El glucagón activa la lipasa sensible a las hormonas en el hígado, pero debido a que la acción está en el hígado y no en el adipocito, el glucagón no se considera una hormona principal movilizadora de grasa.1
En el metabolismo de las proteínas el glucagón aumenta la captación hepática de aminoácidos los cuales proporcionan los esqueletos carbonados para la gluconeogénesis.8
En el tejido adiposo el glucagón aumenta la degradación de triglicéridos, por activación de la lipasa sensible a hormonas. Los ácidos grasos que se obtienen son liberados a la sangre, se unen a la albumina y son transportados a diversos tejidos donde sirven de combustible. El glicerol se usa en el hígado para la gluconeogénesis.8
1 Kaplan Medical. USLEM, Step 1, lectura notes. Simon & Schuster; 2016.
2 Michael Lieberman, Alisa Peet. Marks Bioquímica médica básica. 5ta edición. España: Wolters Kluwer.
3 Nora Brandan, Ma. Victoria Aguirre, Gustavo Agolti, María Virginia Vila. Interrelaciones metabólicas [Internet]. Facultad de medicina, UNNE; 2014 [consultado: julio, 2020]. Disponible en: https://med.unne.edu.ar/sitio/multimedia/imagenes/ckfinder/files/files/Carrera-Medicina/BIOQUIMICA/Guia%20de%20Interrelaciones%20Metabolicas%20-%202014.pdf
4 Pamela C. Champe, Richard A. Harvey, Denise R. Ferrier. Bioquímica. 4ta edición. España: Wolters Kluwer; 2008.
5 Victor W. Rodwell, David A. Bender, Kathleen M. Botham, Peter J. Kennelly, P. Anthony Weil. Haper, Bioquímica Ilustrada. 30va edición. Mexico: McGraw Hill Interamericana Editores; 2016
7 https://blog.diabetesforo.com/efectos-de-la-insulina-sobre-el-metabolismo-2/
8 5-bioquimicaenelhospitalk2.wikifoundry.com/ [internet]: 2020 [Visitado 23 de julio de 2020]. Disponible en: http://bioquimicaenelhospitalk2.wikifoundry.com/
1 Cuadros comparativos de la regulación enzimática de las vías metabólicas. Elaborados por Cynthia Hernández.