Universidad Nacional del Nordeste Facultad de Medicina Ctedra de Bioqumica

2011HORMONAS PANCREATICASDra. Brandan, Nora C.Profesora titular. Ctedra de Bioqumica. Facultad de Medicina. UNNE.

Bqca. Llanos, Isabel CristinaJefa de Trabajos Prcticos. Ctedra de Bioqumica. Facultad de Medicina. UNNE.

Bqca. Mio, Claudia AlejandraJefa de Trabajos Prcticos. Ctedra de Bioqumica. Facultad de Medicina. UNNE.

Rodrguez, AndreaAyudante Alumna por Concurso. Ctedra de Bioqumica. Facultad de Medicina. UNNE. El pncreas humano es un rgano impar, constituido por dos tipos de clulas secretoras, ambas relacionadas con el manejo de los nutrientes. El 98% del pncreas est constituido por el pncreas exocrino, formado por numerosos conductos y acinos lobulares conectados por tejido conjuntivo co y recubiertos por una delicada cpsula, cuya funcin es sintetizar, almacenar y secretar al duodeno, las enzimas necesarias para la digestin de los alimentos. El pncreas endocrino representa el 2% restante. Est constituido por los islotes de Langerhans en los que las diferentes clulas se organizan en una estructura tridimensional que permite la regulacin paracrina de sus secreciones, con una enorme vascularizacin que facilita el intercambio rpido de metabolitos y hormon hormonas entre el espacio intracelular y la sangre. Todo ello tiene como accin fundamental la homeostasis de la glucosa.

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NDICEINTRODUCCIN.1 ONTOGENIA.2 RECUERDO ANATMICO E HISTOLGICO2 - 3 INSULINA.4 - 7 GLUCAGN..7 - 9 EL TRANSPORTE DE LA GLUCOSA....9 - 10 SOMATOSTATINA.11 12 POLIPPTIDO AMILOIDE DE LOS ISLOTES.12 13 GHRELINA..13 14 INCRETINAS..14 - 16 CONCLUSIN. 17 BIBLIOGRAFA...17

INTRODUCCINEl pncreas del adulto es un rgano retroperitoneal de orientacin transversal que se extiende desde el asa en C del duodeno hasta el hilio del bazo. Como promedio, este rgano mide 20 cm de longitud y pesa 90 g en los hombres y 85 g en las mujeres. La vascularizacin adyacente puede utilizarse para dividirlo en cuatro partes: cabeza, cuello, cuerpo y cola. Es un rgano con doble funcin: El pncreas exocrino formado por clulas que forman acinos y conductos que secretan enzimas (proteasas, lipasas, amilasas y nucleasas) necesarias para la digestin y bicarbonato. Las clulas acinares son clulas epiteliales de forma piramidal, que adoptan una orientacin radial alrededor de una luz central. Contienen grnulos de cimgeno rodeados por una membrana y cargados de enzimas digestivas. El pncreas endocrino tiene alrededor de 1 milln de agregados de clulas, los islotes de Langerhans, que contienen cinco tipos principales y dos secundarios de clulas que se distinguen por las caractersticas ultraestructurales de sus grnulos y por su contenido hormonal. Los cinco tipos principales son: Clulas o A: Secretan glucagn que produce hiperglucemia por su actividad glucogenoltica en el hgado. Clulas o B: Producen insulina, nica hormona hipoglucemiante. Clulas o D: contienen somatostatina que suprime la liberacin de insulina y de glucagn. Clulas PP o F: contienen un polipptido pancretico exclusivo con diversas acciones digestivas como estimular la secrecin de enzimas gstricas e intestinales e inhibir la motilidad intestinal. Clulas o E: Secretan ghrelina.

Los dos tipos celulares secundarios son: Clulas D1: Sintetizan polipptido intestinal vasoactivo (VIP), una hormona que produce glucogenlisis e hiperglucemia, aunque tambin estimula la secrecin de fluidos digestivos. Clulas enterocromafines: Sintetizan serotonina.

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ONTOGENIAEl sistema neuroendocrino est compuesto por clulas que presentan algunas similitudes con las clulas neuronales: producen neuropptidos, neurotransmisores y neuromoduladores; presentan grnulos de secrecin, y su desarrollo embrionario est modulado en parte por factores de transcripcin comunes como Math1, NeuroD, Pax4, Pax6 y factores de la familia bHLH (helix-loop-helix transcription factor), pero carecen de axones y sinapsis. Expresan marcadores similares a las clulas del sistema nervioso central (SNC) como sinaptofisina, enolasa neuronal especfica (NSE) y cromograninas y enzimas como tirosina hidroxilasa, fenilalanina metiltransferasa y CART (cocaine- and amphetamine-regulated transcript). Las clulas neuroendocrinas del pncreas, estmago y aparato digestivo derivan del endodermo ms que de la cresta neural. Se postula que existen dos fases en la embriognesis pancretica: la primera y la segunda transicin. En la primera transicin, a partir de clulas madre pluripotenciales del endodermo se inicia la diferenciacin en clulas madre exocrinas, que formarn conductos y acinos, y en clulas madre precursoras de las clulas neuroendocrinas. En la segunda transicin se inicia el proceso de diferenciacin desde la clula pluripotencial neuroendocrina en los distintos tipos celulares endocrinos: clulas , , , PP y . Este proceso est modulado por factores de transcripcin que favorecen la diferenciacin endocrina (Pdx1, PAX, neurogenina 3) y otros que la bloquean (seales de Nocth).

RECUERDO ANATMICO E HISTOLGICOHasta la 7 semana de la vida fetal el pncreas est principalmente formado por clulas epiteliales, no diferenciadas, capaces de dar lugar a todas las clulas existentes en el pncreas adulto. A partir de la semana 9,5 se desarrollan estructuras ductales ramificadas, apareciendo clulas acinares y clulas endocrinas diferenciadas; estas ltimas aparecen como pequeos

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Ctedra de Bioqumica-Facultad de Medicina- U.N.N.E. Edicin 2011 grupos celulares a lo largo de ductos y vasos sanguneos, que confluyen en agregados celulares que representan los primeros islotes pancreticos. Los islotes de Langerhans o pancreticos son estructuras muy numerosas, de tamao variable, diseminadas por todo el parnquima pancretico, aunque son ms numerosos en la cola del pncreas. Rodeando a los mismos se observa una capa de tejido colgeno, que los separa del pncreas exocrino circulante. Constituyen el 90% de las clulas endocrinas del pncreas y el resto se encuentran de forma aislada o formando pequeos grupos celulares. Los diferentes tipos celulares presentan una organizacin tridimensional, que en los islotes del cuerpo y la cola del pncreas estn constituidos por un ncleo central de clulas , rodeado por una o dos capas de clulas separadas por una red profusa de vasos capilares de endotelio muy fenestrado. Las clulas con unas prolongaciones citoplasmticas relativamente largas, contactan con ambos tipos celulares y con los capilares, esto facilita el control paracrino que la somatostatina ejerce sobre la secrecin de insulina y glucagn. La organizacin tridimensional del islote tiene importancia fisiolgica y los estudios experimentales demuestran que la disociacin de las clulas determina la prdida de la funcin, que se recupera cuando se reagrupan las mismas. Las clulas del islote se encuentran reguladas de manera paracrina, ya que todas ellas reconocen las hormonas insulares como elementos del sistema de seales. Por otro lado, tambin existen microcanales intercelulares, denominados gap juntions, las cuales son uniones intercelulares tipo hendidura entre clulas tanto homlogas como heterlogas del islote que permiten el pasaje de dichas seales. Cada una de las hormonas insulares del islote es capaz de influir en la secrecin de las restantes. As, la somatostatina (SST) suprime la secrecin de las otras tres. La insulina suprime la secrecin de glucagn. El glucagn estimula la secrecin de insulina y SST y, cada una de ellas, es capaz de suprimir su propia secrecin (accin autocrina). Adems de estas cuatro hormonas clsicas, los islotes de Langerhans tambin secretan otros pptidos con funcin endocrina como la amilina, la adrenomedulina, el pptido relacionado con el gen de la calcitonina, el pptido C, la pancreostatina, la secretoneurina, la ghrelina, la resistina, la urocortina y el factor relacionado con la corticotrofina. El pncreas endocrino, aunque constituye slo un 1% del tejido pancretico, recibe entre el 5 y el 15% del flujo sanguneo, lo que indica la enorme vascularizacin del componente endocrino. Con frecuencia cada clula se encuentra rodeada por dos o ms capilares, cuyo endotelio fenestrado facilita un intercambio rpido de metabolitos y hormonas entre la sangre y el espacio intracelular, por lo que hoy da se acepta que es esta va la principal ruta de intercomunicacin entre las clulas del islote.

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INSULINAEstructura

La insulina es una protena formada por dos cadenas peptdicas A y B de 21 y 30 aminocidos (aa) unidas, mediante enlaces covalentes, por dos puentes disulfuro, y un puente intracatenario, y es segregada por las clulas del islote pancretico. Su importancia viene determinada por el papel determinante de esta hormona en la homeostasis de la glucemia y su relacin con la diabetes mellitus (DM).Biosntesis y secrecin. Regulacin

La insulina se sintetiza a partir de una molcula precursora, la preproinsulina, que penetra en el retculo endoplsmico rugoso (RER), donde una peptidasa escinde el pptido seal de la misma generando la molcula de proinsulina, que sufre un plegamiento que deja alineados los puentes disulfuro entre las cadenas A y B de la misma. Posteriormente la molcula de proinsulina se transporta al aparato de Golgi, donde se empaqueta en grnulos de secrecin. Durante la maduracin de los grnulos de secrecin actan dos endopeptidasas (PC1 y PC2, enzimas dependientes de calcio que precisan un pH cido) y una carboxipeptidasa H que escinden la proinsulina en insulina y pptido C. PC1 y PC2 se sintetizan en las clulas del islote como preprotenas inactivas, las que se activan por protelisis limitada que se inicia en el RER y finaliza en el compartimento de los grnulos inmaduros. En el interior del grnulo la insulina cristaliza en hexmeros, para lo que necesita zinc y un medio cido. El pptido C y los dems compuestos presentes en l no cristalizan, sino que determinan un halo caracterstico alrededor de un ncleo compacto que es la insulina. La insulina es secretada por las clulas mediante exocitosis en cantidades equimolares con el pptido C, para ello los grnulos tienen que ser transportados a travs del citoesqueleto de microfilamentos y microtbulos existentes en ella hasta la superficie de la clula . El proceso de secrecin de insulina est regulado mediante seales generadas por nutrientes, neurotransmisores y hormonas. Entre los nutrientes, la glucosa es el principal regulador fisiolgico de la secrecin de insulina. La glucosa penetra en la clula mediante un transportador tipo GLUT 2, que permite la entrada rpida de la misma a concentraciones fisiolgicas. En el interior de la clula sufre una fosforilacin a glucosa-6-P mediante una glucoquinasa, esta enzima se considera el verdadero sensor de glucosa de la clula , ya que su actividad es esencial para la estimulacin de la secrecin de insulina mediada por glucosa. La glucosa-6-P es el paso inicial del metabolismo de la glucosa, cuyo fin es la produccin de ATP. El incremento ATP/ADP cierra los canales de potasio dependientes de ATP, de forma que el potasio se acumula en el interior de la clula, lo que produce la despolarizacin de la membrana celular con lo que se abren sus canales de calcio y la entrada de dicho catin en la clula, que es esencial para la secrecin de insulina. Adems de la glucosa, los aa estimulan la secrecin de insulina en ausencia de glucosa, si bien sus efectos son potenciados por esta. Muchas hormonas tienen un efecto regulador de la secrecin de insulina, entre ellas las otras hormonas secretadas por el islote mediante un efecto paracrino (que actualmente se piensa que es mnimo). Ms importante es el efecto estimulador mediado por las hormonas gastrointestinales, denominado efecto incretina. Las dos hormonas gastrointestinales ms relevantes son el pptido similar al glucagn tipo 1 (GLP-

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Ctedra de Bioqumica-Facultad de Medicina- U.N.N.E. Edicin 2011 1), secretado por las clulas L del leo y el colon, y el polipptido inhibitorio gstrico (GIP), secretado por las clulas K de duodeno y yeyuno. La somatostatina es un potente inhibidor de la liberacin de insulina, sin embargo no tiene efecto sobre la biosntesis de la proinsulina. La secrecin de insulina sigue un patrn pulstil: aproximadamente un 50% se secreta en condiciones basales y el 50% restante en respuesta a la ingesta. La secrecin de insulina mediada por glucosa tiene dos fases: una primera fase de secrecin rpida, que se produce por la liberacin de insulina almacenada en los grnulos maduros cercanos a la membrana plasmtica, y una segunda fase, que se produce si persiste la estimulacin por glucosa, en la que se libera no slo la insulina almacenada, sino tambin insulina de nueva sntesis. El receptor de insulina tiene 4 subunidades como recordaremos brevemente: 2 y dos . Ambos tipos de subunidades son glicoprotenas cuya parte de carbohidrato juega un importante papel, ya que la eliminacin de galactosa y cido silico reduce su afinidad por la insulina. La unin de la insulina a las subunidades del receptor provoca un cambio conformacional de las subunidades (cambio que estimula la actividad kinasa del receptor), lo que induce la autofosforilacin y la fosforilacin de otros sustratos celulares llamados tambin protenas seales. El primer sustrato conocido fue el sustrato 1 del receptor de insulina (IRS1). Este sustrato es miembro de una familia de sustratos, los IRS-1, 2, 3, 4. Los miembros de esta familia de protenas tienen funciones adaptadoras entre el IR y otras molculas, algunas de ellas enzimas como la fosfatidil inositol-3-kinasa (PI3K). La familia IRS posee varios dominios: 1) Un dominio que se puede unir a fosfolpidos membrana. 2) Un dominio de fosfotirosinas que reconoce una regin de la subunidad del IR. 3) Varios dominios sitios de unin de otras protenas adaptadoras distintas IRS, que poseen dominios srchomology-2 (SH2), entre ellas el growth factor receptor binding protein 10 (Grb10), el src homologous and collagen protein (Shc) y el growth factor receptor bound 2 associated binding 1(Gab1).

Estas protenas adaptadoras tambin contienen dominios capaces de interaccionar con fosfolpidos de membrana y, por otro lado, dominios-SH2, lo que les permite interaccionar con tirosinas fosforiladas y as acoplarse tanto al IR como a los IRS. Se ha observado que la unin del Shc al IR dirige la seal de la insulina a inducir mitognesis por un mecanismo que implica a la MAPK. El Gab1 puede ser sustrato para el IR y dirigir la seal de la insulina hacia la PI3K.Mecanismo de accin y acciones biolgicas de la insulina

La accin fundamental de la insulina es la homeostasis de la glucosa, para lo cual realiza sus acciones fundamentalmente en el tejido heptico, muscular y adiposo.

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Ctedra de Bioqumica-Facultad de Medicina- U.N.N.E. Edicin 2011 En el hgado: Incrementa la actividad y estimula la sntesis de glucokinasa, favoreciendo la utilizacin de la glucosa. Aumenta la va de las pentosas que aporta NADPH al estimular a la Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa. Aumenta la gluclisis por estimulacin de la glucokinasa, fosfofructokinasa I y de la piruvatokinasa. Favorece la sntesis de glucgeno estimulando la actividad de la glucgeno sintetasa (GS).

La GS existe en estado fosforilado y desfosforilado, la forma activa est desfosforilada (GSa) y puede ser inactivada a GSb por fosforilacin, esto ltimo por accin de una protein kinasa A, la cual es activada por AMPc. La insulina incrementa la actividad de la GS por desfosforilacin de la misma. Adems la GS es regulada alostricamente por la glucosa-6-fosfato. Reduce la gluconeognesis, al disminuir principalmente la sntesis de la fosfo-enol-piruvato-carboxikinasa (PEPCK). Estimula la sntesis de protenas. Aumenta la sntesis de lpidos, al estimular la actividad de la ATP citrato liasa, acetil-CoAcarboxilasa, enzima mlica y de la hidroxi-metil-glutaril-CoA reductasa. Inhibe la formacin de cuerpos cetnicos.

En el tejido muscular: Estimula la entrada de glucosa (por translocacin de los GLUT 4 hacia la membrana). Aumenta la gluclisis por estimulacin de la fosfofructokinasa I y de la piruvatokinasa. Estimula la sntesis de glucgeno al estimular la actividad de la GS. Favorece la entrada de aminocidos en la clula

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Ctedra de Bioqumica-Facultad de Medicina- U.N.N.E. Edicin 2011 y su incorporacin a las protenas, estimula la sntesis e inhibe el catabolismo de protenas. Estimula la captacin y utilizacin de los cuerpos cetnicos. + + + La insulina estimula la bomba Na /K lo que favorece la entrada de K a las clulas.

En el tejido adiposo: Estimula la captacin (GLUT 4) y utilizacin de glucosa por el adipocito. Aumenta la va de las pentosas que aporta NADPH al estimular a la Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa. Favorece la captacin de cidos grasos al estimular a la enzima lipoproteinlipasa 1, que degrada los triglicridos contenidos en las lipoprotenas. Estimula la sntesis de triglicridos (al promover la gluclisis y la va de las pentosas) e inhibe los procesos de liplisis, por lo que se favorece la acumulacin de stos en los adipocitos.

GLUCAGNEstructura

Es un pptido de 29 aa secretados por las clulas del islote pancretico.Biosntesis y secrecin

Deriva del procesamiento de un precursor, preproglucagn, de 180 aa, de los que 20 constituyen el pptido seal y el resto la molcula de proglucagn. La regin transcripta del gen de preproglucagn est compuesta por seis exones que comprenden dominios de ARNm funcionalmente diferentes: una regin 5 que no se traduce, la secuencia N-terminal de seal (caracterstica de prohormonas que estn destinadas a atravesar las membranas durante el proceso de biosntesis), las secuencias que dan lugar a glucagn, GLP-1, GLP-2 y la regin 3 que tampoco se traduce. Uniones alternativas de los exones originaran ARNm distintos, codificando cada uno glucagn o GLP. Se han descrito cinco elementos de control de la transcripcin de ADN en el promotor del gen: G1, G2, G3, G4, CRE e ISE. El primero confiere expresin especfica del gen de glucagn en el pncreas, y G2 y G3 son activadores de la transcripcin en las clulas de los islotes pancreticos, pero no se restringen a ellas. CRE estimula la transcripcin del gen de preproglucagn mediada por AMPc, e ISE es determinante para la expresin transcripcional del gen en clulas intestinales. El ARNm del preproglucagn se expresa en pncreas e intestino humanos, as como en clulas del ncleo del tracto solitario. El procesamiento alternativo al que es sometido el preproglucagn, en los diferentes tejidos, parece ser el resultado de la expresin diferencial de un grupo de enzimas, llamadas prohormona convertasas, que tienen capacidad para romper la molcula en lugares especficos de la unin entre aminocidos. En las clulas pancreticas existen niveles elevados de PC 2 y ausencia de niveles significativos de PC 1, que liberan fundamentalmente glucagn. La secrecin de glucagn est regulada principalmente por nutrientes y hormonas; la glucosa y la insulina son los dos estmulos ms importantes.

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Ctedra de Bioqumica-Facultad de Medicina- U.N.N.E. Edicin 2011 La secrecin de glucagn e insulina por el pncreas insular depende, en gran medida, de la concentracin de glucosa del lquido extracelular. La glucosa tiene un efecto directo en la secrecin de glucagn y otro indirecto mediado por insulina. Durante el ayuno y el ejercicio se produce una cada de la glucemia que determina un aumento de la secrecin de glucagn, asociada a una disminucin de la secrecin de insulina. Hoy da se sabe que la glucemia tiene un efecto directo no mediado por insulina sobre la secrecin de glucagn. Adems de la regulacin por glucemia, la secrecin de glucagn en respuesta a la ingesta depende de factores gastrointestinales de carcter hormonal, ya sea que con efecto estimulador (colescistoquinina) o inhibidor (GLP-1) modulan la respuesta pancretica a la llegada de los nutrientes constituyendo el eje entero-insular. Por ltimo, existe un control neural mediado por neurotransmisores; as el sistema simptico inhibe la secrecin de insulina (receptores ) y estimula la de glucagn (receptores ).Mecanismo de accin y acciones biolgicas

Las acciones biolgicas del glucagn se inician con su unin a un receptor de membrana, que activando la adenilciclasa produce un aumento del AMPc intracelular que determina la activacin de una proteinquinasa que fosforilando enzimas claves pone en marcha todas las acciones biolgicas del glucagn. Adems de esta va a travs del AMPc el glucagn determina un aumento del calcio citoslico que activa una proteinaquinasa C. El glucagn tiene un papel importante como proveedor de glucosa al sistema nervioso central (SNC) en los perodos de ayuno. En el estado no cetsico, los requerimientos de energa del SNC slo pueden ser cubiertos por glucosa, sin la cual, la funcin cerebral se altera y se produce dao celular. Las acciones del glucagn tienen lugar fundamentalmente en el hgado y tejido adiposo:

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Ctedra de Bioqumica-Facultad de Medicina- U.N.N.E. Edicin 2011 Estimula la glucogenlisis: al fosforilar a la fosforilasa b (inactiva) y convertirla en fosforilasa a (activa). Esta es la enzima limitante de la glucgenolisis. Inhibe la glucogenognesis: fosforilando la GSa, por lo que se convierte sta en la forma b inactiva. Estimula la gluconeognesis e inhibe la gluclisis: disminuyendo los niveles intracelulares de fructosa 2-6 difosfato, al fosforilar una enzima bifuncional, que dependiendo de su estado de fosforilacin, puede actuar como: 1) Fosfofructokinasa II que convierte fructosa-6-fosfato en fructosa 2-6 difosfato. 2) Fructosa 2-6 difosfatasa que invierte la reaccin convirtiendo fructosa 2-6 difosfato en fructosa-6fosfato. La fructosa 2-6 difosfato es un estimulador de la gluclisis y un inhibidor de la gluconeognesis. El resultado de la deplecin de fructosa 2-6 difosfato es un incremento de la produccin de glucosa a partir de precursores no glucdicos y una disminucin del piruvato, sustrato para la lipognesis. Se ha postulado la existencia de dos tipos de receptores en el hepatocito, uno acoplado a la fosfodiesterasa de inositol-fosfolpidos y otro a la adenilatociclasa. La otra hiptesis es que existira un receptor nico actuara a travs de dos mensajeros distintos: AMPc y calcio. Inhibe la lipognesis al reducir la concentracin de malonil-CoA, el primer producto intermedio de la lipognesis. El glucagn reduce los niveles de malonil-CoA por un doble mecanismo: 1. Inhibiendo la gluclisis (limitando la produccin de piruvato). 2. Inhibiendo la acetil-CoA carboxilasa, la cual convierte la acetil-CoA en malonil-CoA. Favorece la cetosis. La reduccin de los valores de malonil-CoA desinhiben la carnitina-palmitoiltransferasa (CPT), permitiendo que los cidos grasos sean transportados a las mitocondrias, donde sern oxidados a cuerpos cetnicos. Los cuerpos cetnicos pueden convertirse as en combustibles del SNC en los estados cetsicos. La secrecin coordinada de insulina y glucagn por el islote determina el mantenimiento de la glucemia.

EL TRANSPORTE DE LA GLUCOSAHay dos modelos fundamentales de transporte de glucosa al interior celular. Uno es el transporte activo+

secundario asociado al transporte de Na , que es el que proporciona la energa necesaria, este transporte es caracterstico de las clulas intestinales, corazn, las del tbulo renal y uniones neuromusculares. Se han descrito 3 transportadores de este tipo: SGLT1, SGLT2 y SGLT 3 (Sodium dependent Glucose Transporters). El resto de las clulas utiliza sistemas de transporte mediante difusin facilitada. Existen al menos 14 transportadores diferentes, que se han ido numerando segn su orden de descubrimiento. Estos acarreadores de glucosa son de tipo uniport, constituyen una familia de protenas de membrana estructuralmente relacionados, que se encuentran en todos los tipos celulares, contienen de 442 a 524 aminocidos con una estructura secundaria muy plegada y que cruzan 12 veces la membrana celular. Estas protenas transportadoras se denominan GLUT.

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Ctedra de Bioqumica-Facultad de Medicina- U.N.N.E. Edicin 2011CARACTERSTICAS FUNCIONALES DE LOS GLUTS Y SGLT Transportador SGLT1 SGLT2 SGLT3 GLUT1 GLUT2 GLUT3 GLUT4 GLUT5 GLUT6 GLUT7 GLUT8 GLUT9 GLUT10 GLUT11 GLUT12 GLUT13 GLUT14 Transporta Una glucosa o galactosa por + 2 Na + Una glucosa por un Na Una glucosa por 2 Na Glucosa y galactosa Glucosa Glucosa y galactosa Glucosa Fructosa Glucosa Glucosa y fructosa Glucosa Fructosa Glucosa Glucosa y fructosa Glucosa Mioinositol acoplado a H Glucosa+ +

Localizacin tisular Intestino delgado, corazn, rin Tbulo contorneado proximal Neuronas colinrgicas del intestino delgado, uniones neuromusculares Eritrocitos, clulas endoteliales del cerebro, neuronas, rin, linfocitos Clulas pancreticas, hgado, rin, intestino delgado SNC, placenta, hgado, rin, corazn, linfocitos Tejidos sensibles a la insulina, linfocitos Intestino delgado, testculo, rin Cerebro, bazo, leucocitos Intestino delgado, colon, testculo, prstata Testculo y tejidos dependientes de insulina Rin, hgado, intestino delgado, placenta, pulmones, leucocitos Hgado, pncreas Corazn, msculo esqueltico, rin, tejido adiposo, placenta, pncreas Msculo esqueltico, tejido adiposo, intestino delgado Cerebro Testculo

EFECTOS DE LA INSULINA Y EL GLUCAGN SOBRE EL METABOLISMO METABOLITOS INSULINA GLUCOSA Transporte de glucosa Sntesis de glucgeno Gluconeognesis LPIDOS Sntesis de TAG Transporte de TAG en el tejido adiposo Activacin de la LPL PROTENAS Transporte de aa Sntesis de protenas Aumenta el transporte de glucosa hacia el msculo esqueltico y el tejido adiposo Aumenta la sntesis de glucgeno Reduce la gluconeognesis Aumenta la sntesis de TAG Aumenta el transporte de AG hacia los adipocitos Inhibe la LPL de los adipocitos, mientras que activa la LPL en las paredes capilares Aumenta el transporte activo de aa hacia el interior de las clulas Aumenta la sntesis de protenas mediante el incremento de la transcripcin de mRNA y la aceleracin de la sntesis proteica por el rRNA Reduce la degradacin de las protenas mediante el incremento de la utilizacin de glucosa y AG como combustibles

GLUCAGN

Promueve la degradacin de glucgeno Aumenta la gluconeognesis

Estimula la liplisis en el tejido adiposo con liberacin de AG y glicerol para su utilizacin en la gluconeognesis Activa la LPL de los adipocitos

Aumenta el transporte de aa hacia el interior de las clulas hepticas Aumenta la degradacin de las protenas con formacin de aa para su utilizacin en la gluconeognesis Aumenta la conversin de aa en precursores de la glucosa

Degradacin de protenas

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SOMATOSTATINA (SST)Estructura

En 1973 Brazeu y cols., a partir de extractos hipotalmicos de oveja, aislaron y secuenciaron una molcula que llamaron Somatostatina (SST), porque tena la propiedad de inhibir la secrecin de la hormona de crecimiento (GH). La molcula purificada estaba formada por 14 aminocidos con una estructura cclica por la unin intramolecular de dos residuos de cistena. Cuando ms tarde se sintetiz la molcula lineal, se comprob que tena la misma actividad biolgica que la forma cclica. En 1975 Schally y cols. aislaron y secuenciaron SST a partir de extractos de hipotlamo porcino, comprobndose que tena la misma estructura que la somatostatina ovina, y describieron la presencia de otras formas de mayor peso molecular que eran tambin, inmunolgica y biolgicamente activas. La somatostatina circula en el plasma preferentemente en dos formas: SST14 (pptido de 14 aa) y SST28 (SST14 con una extensin de catorce aminocidos en el segmento N-terminal). SST28 tiene muchas de las acciones de la SST14, pero difiere en potencia y en distribucin.Biosntesis y secrecin

Se sintetiza en las clulas , que constituyen el 5 al 10% de las clulas del islote pancretico pero tambin se sintetiza y secreta en clulas neuroendocrinas del SNC y la mucosa gastrointestinal, de hecho esta ltima es la mayor contribuyente a la SST circulante. Proceden de un precursor comn: la preprosomatostatina, que es procesada a presomatostatina, y posteriormente por vas alternativas a somatostatina-14 o somatostatina-28. La primera predomina en el pncreas y los nervios del intestino, mientras que la segunda lo hace en la mucosa digestiva; adems ambas formas se encuentran en el cerebro. La secrecin pancretica de SST es estimulada por ciertos nutrientes (glucosa y aa), pptidos digestivos (CCK, secretina, gastrina, VIP, GIP y GLP-1), el glucagn y la acetilcolina y es inhibida por s misma.Mecanismo de accin y acciones biolgicas

Las acciones biolgicas de la SST se encuentran mediadas por receptores, que son glucoprotenas y de los que existen 5 subtipos diferentes codificados por 5 genes que se localizan en cromosomas diferentes (sst1, sst2, sst3, sst4 y sst5). Todos ellos ligan SST-14 y SST-28 con alta afinidad, pero muestran especificidad de unin a diferentes agonistas de la SST. Los receptores de SST son receptores acoplados a protena G que activan un complejo sistema de segundos mensajeros que incluye la inhibicin de la adenilato ciclasa/ AMPc, la reduccin del calcio intracelular, por efecto directo sobre los canales del calcio y la inhibicin de la exocitosis. En el hipotlamo la SST inhibe principalmente la secrecin de GH y TSH. En el pncreas la SST inhibe la secrecin de insulina, glucagn y polipptido pancretico por una accin paracrina; tambin es capaz de autorregularse inhibiendo su propia secrecin mediante una accin autocrina. Adems tiene efecto sobre el pncreas exocrino, ya que disminuye la secrecin de bicarbonato y enzimas digestivas.

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Ctedra de Bioqumica-Facultad de Medicina- U.N.N.E. Edicin 2011 La SST regula la secrecin cida del estmago por una accin directa sobre las clulas parietales y de manera indirecta reduciendo la liberacin de secretagogos gstricos (gastrina e histamina). La gastrina y la disminucin del pH gstrico son potentes estimuladores de la secrecin de SST. La SST disminuye tambin la motilidad del flujo sanguneo gastrointestinal, lo que explica su efecto beneficioso en el tratamiento de las hemorragias digestivas. En el SNC sus acciones son poco conocidas, pero se ha demostrado la existencia de receptores en el cerebro y en la mdula espinal.

POLIPPTIDO AMILOIDE DE LOS ISLOTESLa amilina es un pptido de 37 aminocidos, que constituye el principal componente de los depsitos de amiloide detectados en los islotes pancreticos de pacientes con DM tipo 2. Se trata de un pptido sintetizado y cosecretado por la clula pancretica en respuesta a los mismos estmulos secretagogos. Presenta una homologa estructural con los neuroptidos CGRP-1 y CGRP-2 (calcitonin gene-relatedpeptides) sintetizados por las clulas C de la glndula tiroides como resultado de un splicing alternativo de los genes CALC. La amilina es sintetizada a partir de un precursor prepropeptdico de 89 aminocidos, la preproamilina. La escisin proteoltica del pptido seal en el RER libera la proamilina. Las modificaciones postraduccionales incluyen la liberacin de amilina madura por la escisin proteoltica de la molcula con prdida de los propptidos amino terminal y carboxilo terminal. Estas modificaciones postraduccionales son fundamentales para la actividad biolgica del pptido. El hecho de que la amilina est colocalizada con la insulina en los grnulos de las clulas y que la proinsulina sea procesada por la accin combinada de las proteasas PC2 y PC3 sugiere que estas endopeptidasas podran ser tambin responsables del procesamiento de la proamilina. El gen de la amilina est ubicado en el brazo corto del cromosoma 12. El factor PDX 1 (pancreatic and duodenal homeobox factor 1) es una protena expresada selectivamente en clulas del pncreas y duodeno. Es esencial para la diferenciacin del pncreas y para la regulacin de la transcripcin de los genes de insulina y de amilina. La amilina es cosecretada con la insulina en condiciones basales y en respuesta a los mismos estmulos secretagogos.Acciones biolgicas

Las acciones biolgicas son: la inhibicin de la secrecin de glucagn, el estmulo sobre el eje renina angiotensina, el retraso del vaciamiento gstrico y la inhibicin sobre los centros hipotalmicos reguladores del apetito. La amilina puede actuar como hormona paracrina. Asimismo, el origen pancretico y el hecho de que sea cosecretada con la insulina indican que podra ejercer una funcin en la regulacin del metabolismo de la glucosa. Adems, su homologa con la calcitonina y los neuropptidos CGRP sugiere una accin hormonal en el metabolismo del calcio. Hasta la actualidad, se han descrito efectos biolgicos de la amilina en el msculo esqueltico, el hgado, el pncreas, el tracto gastrointestinal, el sistema nervioso central, el metabolismo seo y el sistema cardiovascular.

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Ctedra de Bioqumica-Facultad de Medicina- U.N.N.E. Edicin 2011 La amilina actuara como un inhibidor no competitivo de la insulina y disminuira la acumulacin de glucgeno inducida por esta hormona. As, inhibe la sntesis de glucgeno y estimula la glucogenlisis, a travs de la activacin de la glucgeno sintasa y la inhibicin de la glucgeno fosforilasa, respectivamente, producindose ambas acciones a travs de mecanismos de fosforilizacin independientes del AMP cclico. En condiciones fisiolgicas la amilina no forma fibras de amiloide, sugiriendo que deben existir mecanismos en la clula pancretica que mantenga la estructura nativa de la amilina. El nivel de pH y la concentracin de calcio estn altamente controlados en el grnulo de secrecin para permitir la correcta maduracin de la insulina y amilina. Alteraciones en ambos parmetros se han relacionado con anomalas en el proceso de formacin de amiloide. Asimismo, estudios in vitro sugieren que una proporcin molar normal entre amilina e insulina, proinsulina o pptido C protegera de la formacin de fibras de amiloide, puesto que insulina y amilina pueden formar complejos estables que impiden el cambio a conformacin . Alteraciones en cualquiera de estos componentes del grnulo de secrecin, que bien se puede dar en una situacin de la disfuncin de la clula pancretica, podran contribuir a la formacin de fibras de amiloide.La inhibicin de la produccin de amilina o de su agregacin en forma de fibras podra constituir futuras estrategias teraputicas para la diabetes mellitus tipo 2.

GHRELINALa ghrelina es un pptido de 28 aa que se sintetiza fundamentalmente en el tubo digestivo (en su mayor parte en el fundus gstrico) y que ejerce varias acciones: 1) A nivel central estimula la secrecin de GH, prolactina y ACTH, en una proporcin mayor que el GHRH; 2) Estimula a neuronas que expresan el neuropptido Y y las orexinas A y B, ejerciendo una accin orexgena (estimula la ingesta de alimentos y produce aumento de peso). El gen de ghrelina humana codifica un prepropptido de 117 residuos. Los primeros 23 residuos corresponden al pptido seal. Los residuos 24 a 51 se seccionan para dar lugar al pptido ghrelina. Los residuos 76 a 96 dan lugar a otro pptido denominado obestatina. Adems del tubo digestivo, se produce ghrelina en pncreas, rin, y algunos otros rganos y clulas. La ghrelina se secreta de manera pulstil, y vara notablemente durante el da, con niveles pico precediendo a la ingesta de alimentos. Se ha demostrado que las concentraciones de ghrelina se incrementan antes de comenzar a comer, siendo una de las seales que iniciaran la ingesta de alimentos. Tambin estimula la motilidad y acidez gstrica. Una vez que se produce la ingesta, sus concentraciones disminuyen. En el hipotlamo, la relacin entre el grupo de neurotransmisor/neuropptidos anorexgenos (disminuyen la ingesta de alimentos) y el grupo de neuropptidos orexgenos determina el hambre o la saciedad.

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Ctedra de Bioqumica-Facultad de Medicina- U.N.N.E. Edicin 2011 En general se ha observado una relacin inversa entre los niveles circulantes de ghrelina con respecto a los de insulina y glucosa.

INCRETINASBajo condiciones fisiolgicas, la secrecin de insulina es potenciada en respuesta a un aumento de la glucemia. Sin embargo, cada hiperglucemia no estimula la secrecin de insulina de la misma manera. Este fenmeno indica la existencia de un mecanismo estimulador adicional de la clula el cual est asociado al tracto gastrointestinal y es independiente de los niveles de glucosa sricos. El efecto incretina consiste en el aumento de la secrecin de insulina estimulada por glucosa por mediacin de pptidos intestinales, los cuales se liberan en presencia de glucosa o nutrientes en el intestino. Este efecto se lleva a cabo fundamentalmente por accin de dos hormonas: GIP (polipptido insulinotrpico dependiente de glucosa) y GLP-1 (pptido relacionado al glucagn tipo 1). Estas hormonas son las que provocan el 50% de la secrecin de insulina por el pncreas. Se liberan en el periodo postprandial e intervienen en la regulacin de la glucemia estimulando la secrecin de insulina y suprimiendo la de glucagn. Otras acciones conocidas de estas hormonas son la inhibicin de la motilidad gstrica e intestinal y la reduccin del apetito y la ingesta de alimentos.Estructura

El GLP-1 es un producto del mismo gen que codifica el glucagn. Es producida fundamentalmente por las clulas enteroendocrinas L leo distal y del colon. Tambin es segregada en pequeas cantidades por el pncreas y el hipotlamo. Su forma biolgicamente activa es el GLP-1 (7-36). Otras formas son GLP-1(7-37), GLP-1(1-36) y GLP-1(1-37), los cuales son secretados principalmente por el pncreas. La forma activa es el resultado del procesamiento enzimtico del preproglucagn a proglucagn. Esta reaccin es catalizada por la protena convertasa PC1/3. Las incretinas una vez liberadas son rpidamente inactivadas por la accin de la enzima dipeptidil peptidasa-4 (DPP-4), por lo que tienen una vida media reducida a unos pocos minutos. Tanto el GIP como el GLP-1 ejercen sus acciones a travs de receptores localizados en las clulas y de los islotes pancreticos y en tejidos perifricos, incluyendo SNC y perifrico, el corazn, los riones, los pulmones y el sistema gastrointestinal, lo que da lugar al aumento de la secrecin de insulina, la supresin de la de glucagn, el enlentecimiento del vaciamiento gstrico y la disminucin de la sensacin de apetito y de la ingesta. Los efectos sobre la secrecin de insulina y glucagn son dependientes de glucosa y la respuesta contrarreguladora de glucagn a la hipoglucemia est plenamente conservada, incluso a concentraciones farmacolgicas de GLP-1. Asimismo, estudios realizados tanto in vivo como in vitro han mostrado que el GLP1 favorece la proliferacin y la supervivencia de las clulas y disminuye la apoptosis, as como tambin la produccin de la glucosa heptica. El GIP fue la primera incretina identificada, es sintetizado por las clulas K del intestino delgado proximal, duodeno y yeyuno. Estimula la liberacin de insulina por un mecanismo dependiente de glucosa; sin

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Ctedra de Bioqumica-Facultad de Medicina- U.N.N.E. Edicin 2011 embargo, ejerce mnimos efectos sobre el vaciamiento gstrico y no tiene ningn efecto sobre la sensacin de saciedad y el peso corporal. Como ya se mencion, el GLP-1 y el GIP son rpidamente degradados por la enzima DPP-4. Es una glicoprotena transmembrana que forma un homodmero, cada subunidad consiste en un gran dominio extracelular con cualidades proteolticas, una cadena simple transmembrana y un pequeo fragmento intracelular. Esta enzima se expresa en la superficie de numerosas clulas, como los linfocitos, enterocitos, clulas endoteliales, en el hgado, pulmn, riones y otros. Bajo la accin de la DPP-4, el GLP-1 es transformado en otras molculas inactivas. La enzima no slo acta sobre el GLP-1, sino tambin sobre el neuropptido Y, el pptido YY, el GIP, GHRH, y citoquinas. Un mecanismo menos importante es la eliminacin renal. Debido a este mecanismo eficiente de eliminacin, especialmente por la actividad de DPP-4, la concentracin de la forma activa del GLP-1 constituye slo el 20% de su concentracin total. El GLP-1 es secretado en respuesta a la ingesta y alcanza su pico mximo de concentracin plasmtica dentro de los 10 minutos del consumo de alimentos. Otros estimulantes de la secrecin de GLP-1 incluyen al GIP, el polipptido liberador de gastrina (GRP), y la estimulacin del nervio vago por la acetilcolina.El receptor de GLP-1

El GLP-1 se une a un receptor especfico denominado GLP-1 receptor (GLP-1R) el cual muestra una estructura similar al receptor del glucagn. Pertenece a la superfamilia de receptores acoplados a la protena G que tienen 7 pliegues transmembrana. La estimulacin del receptor resulta en un aumento del cAMP y de la concentracin de calcio, lo cual en las clulas es una seal para la exocitosis de la insulina previamente sintetizada. Adems, la activacin de la PK A potencia la biosntesis de insulina, modifica la expresin gnica y tiene un efecto trfico y promittico sobre las clulas . El GLP-1R tambin se expresa en las clulas del islote, en el cerebro, en el SNC, tracto gastrointestinal, riones, hgado y pulmones. Esta amplia distribucin en los tejidos perifricos sugiere una actividad pleiotrpica de esta hormona intestinal.Efectos del GLP-1 en el pncreas: incluyen un aumento de la secrecin de insulina de las clulas , dependiente de glucosa; un aumento de la secrecin de somatostatina de las clulas y una disminucin de la secrecin de glucagn de las clulas . Estas acciones contribuyen a la disminucin de la produccin de glucosa heptica. Efecto del GLP-1 en la clula : pueden ser agudos, subagudos y crnicos.

Efectos agudos: El GLP-1 incrementa la secrecin de insulina dependiente de glucosa. Efectos subagudos: Estimulacin de la transcripcin de proinsulina y estimulacin de la biosntesis de insulina. Efectos crnicos: Estimulacin de la proliferacin y neognesis de la clula a partir de clulas ductales precursoras, adems del aumento de la expresin de los transportadores GLUT2 y la glucokinasa, que regula la captacin y el metabolismo de la glucosa pancretica. En resumen, el descubrimiento de las incretinas ha generado un enorme inters como terapia para su uso en pacientes con diabetes mellitus tipo 2.

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Ctedra de Bioqumica-Facultad de Medicina- U.N.N.E. Edicin 2011 El GLP-1 y el GIP son las dos principales incretinas, hormonas que influyen positivamente en el control de la glucosa al estimular la liberacin de insulina por las clulas beta de manera dependiente de la glucosa. En los pacientes con diabetes tipo 2, el efecto de las incretinas est disminuido, lo cual contribuye a la fisiopatologa de la hiperglucemia. Los inhibidores de la actividad enzimtica de DPP-4 son pequeas molculas que actan prolongando la vida media y elevando las concentraciones plasmticas del GLP-1 y el GIP endgenos, lo que conlleva un aumento de la secrecin de insulina, una reduccin de la secrecin de glucagn dependientes de glucosa y una preservacin de la masa de clulas a travs del estmulo de la proliferacin celular y la inhibicin de la apoptosis; en contraste, no se asocian con enlentecimiento del vaciamiento gstrico o la prdida de peso. Esto tiene importancia en Farmacologa dado que existen incretinas sintticas. Por consiguiente, aumentar los niveles de incretinas intactas con el uso de inhibidores de DPP-4 representa una nueva estrategia para mejorar el control de la glucemia.

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CONCLUSINEl organismo debe mantener la glucemia dentro de lmites estrechos, entre 70 y 110 mg/dL. Niveles inferiores pueden llevar a alteraciones en la funcin del sistema nervioso, mientras que niveles superiores predisponen a la glucosilacin de las protenas. El microrgano capaz de regular los niveles de glucemia es el islote de Langerhans del pncreas, a travs de la secrecin de insulina, glucagn y somatostatina. Las clulas del islote productoras de estas hormonas no responden de forma independiente, sino coordinada, funcionando como una verdadera unidad acoplada. De esa manera, dirigen el flujo de nutrientes de forma tal que durante los periodos de sobrecarga, se almacena energa y, por otra parte, se movilizan de los depsitos cuando son necesarios.

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