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.
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.
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 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 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.
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.