Diabetes Mellitus Tipo I (Insulinodependiente) y Diabetes Mellitus Tipo II (No Insulinodependiente).

 

Vía Metilglioxal (Vía alterna glucólisis).

 La vía del metilglioxal es un derivado de la glucólisis, dicha que se encuentra en algunos procariotas; ante esto hay una conversión en glucosa en metilglioxal y luego en piruvato. (Gaitán Hinojosa, 2021)

Figura #1: Estructura del Metilglioxal. (ANULAB, 2014)

Se cree que dicha toxicidad del metilglioxal se debe a su cierta capacidad de interactuar con los centros nucleofílicos de macromoléculas tales como el ADN; además en la vía del metilglioxal no hay producción de ATP como en la glucólisis. (Gaitán Hinojosa, 2021)

Figura #2 (Gaitán Hinojosa, 2021).

Se presenta la formación de Acetil-CoA dada a la disminución de la actividad del Gliceraldehido-3-Fosfato Deshidrogenasa por la disminución de Pi.

Figura #3: Estructura de el Acetil-CoA (Gelambi, 2016).

La ruta del metilglioxal es activada por la captación intracelular de moléculas como lo son:

- Glicerol.

- Glucosa-6-Fosfato.

- Lactato.

- Glucosa.

Para el proceso de la producción de metilglioxales es catalizada por MgsA (Metilglioxal Sintasa) de DHAP (Fosfato Dihidroxiacetona) por medio de la eliminación del grupo fosfato.

El metilglioxalato se convierte a Lactatoaldehído por la enzima Metilglioxal Reductasa, y el Lactatoaldehído pasará a ser L-Lactato por la enzima Aldehido Deshidrogenasa.

Si el Metilglioxal llega a entrar a la vía de la Glioxilasa se llega a convertir a Lactoilglutation a por parte de la enzima Glioxilasa I, mientras que la Lactoilglutation se convierte en D-Lactato dada por la enzima Glioxilasa II. 

En cuanto a la regulación, el MgsA (Metilglioxal Sintasa) es activado por el DHAP (Fosfato Dihidroxiacetona), mientras que es inhibido alostéricamente por su producto final, que es el fosfato.

La enzima Triosa Fosfato Isomerasa llega a afectar en los 3 niveles de DHAP (Fosfato Dihidroxiacetona) mediante la conversión de Gliceraldehido-3-Fosfato (GAP) en DHAP. Los bajos niveles de fosfato inhiben GAP deshidrogenasa; GAP se convierte en cambio en DHAP por Triosafosfato Isomerasa. (Gaitán Hinojosa, 2021)

Figura #4: Vía del Metilglioxal (Rinas, 2018).

Otros datos acerca del Metilglioxal es sobre la acumulación de la misma, ya que también se ha observado durante el exceso de ingesta de fuentes de carbono sin glucosa, como lo son:

- Manosa.

- Fructosa.

Estos que pueden entrar de manera directa en la glucólisis en las células que sobreproducen UhpT (Proteína de Transporte de Hexosa-Fosfato).

La ruta del Metilglioxal de la glucólisis NO es la vida de elección en condiciones fisiológicas normales, ya que es el resultado de una captación de manera descontrolada o amplificada de azúcar o fosfatos de azúcar. 

Para la eliminación de las mismas, la GlxI y GlxII son las enzimas del sistema de degradación de dicarbonilo, que son los que catalizan reacciones secuenciales para convertir los alxoaldehídos en sus correspondientes ácidos 2-hidroxicarboxílicos. 

-GlxI Isomeriza dichos productos formados entre Oxaldehídos Citotóxicos y GSH en hidroxitioésteres en GSH.

- D-Lactato es hidrolizado (mediante la acción de GlxII), regenerando de nuevo el co-substrato de tiol. (Gaitán Hinojosa, 2021)

Un dato interesante es que algunas bacterias usan la producción de Metilglioxal como mecanismo de virulencia, llegando a provocar daño tisular en el huésped; además de que los sitios infectados contienen niveles altos de Metilglioxal, llegando a provocar la apoptosis de los macrófagos. (Saadat y cols., 2019)

Bibliografía (Formato APA):

- Gaitán Hinojosa M.A. 2021, Vía Metilglioxal (Vía alterna glucólisis), págs: 4-10.

- ANULAB. (2014). Metilglioxal. Enero 14, 2021, de ANULAB Sitio web: https://www.anulab.com/es/product/1698725/metilglioxal

- Gelambi M. (2016). Acetil Coenzima A: Estructura, Formación y Funciones. Enero 14, 2021, de Lifeder Sitio web: https://www.lifeder.com/acetil-coenzima-a/

- Rinas U. (2018). Vía del metilglioxal - Methylglyoxal pathway, Enero 14, 2021, de QAZ Sitio web: https://es.qaz.wiki/wiki/Methylglyoxal_pathway

- Saadat, D., Harrison, D. y Kayser A. (2019) "Metilglioxal sintasa de Escherichia Coli". Base de datos de proteínas RCSB. Enero 14, 2021, de Base de datos de proteínas RCSB. Sitio web: http://www.pdb.org/pdb/explore.do?structureId=1B93

Crecimiento Bacteriano.

Para dar inicio al tema, hay que tener en cuenta que es el crecimiento bacteriano, 

¿Que es el Crecimiento Bacteriano?

El crecimiento bacteriano es un incremento de los constituyentes celulares, se presenta un aumento en el número de células por gemación o fisión binaria. Este crecimiento se evalúa con ayuda de una curva de crecimiento de un cultivo microbiano, ya sea en un cultivo discontinuo o un sistema cerrado. (Parada, 2016)

Fig. #1: Fases de la curva de crecimiento bacteriano. (Parada, 2016)

En la curva se pueden distinguir cuatro fases:

- Fase Lag / Latencia / Adaptación:
En esta fase los microorganismos adaptan su metabolismo a las nuevas condiciones ambientales (de abundancia de nutrientes, pH e  inhibidores de crecimiento reducido) para poder iniciar el crecimiento exponencial. (Jiménez, 2015)

Inmediatamente después de la inoculación, una parte de la población del cultivo de bacterias puede crecer a la tasa máxima mientras que el resto no crece (Retraso aparente). Pero el verdadero retraso es cuando el cultivo no puede crecer a la máxima velocidad debido a algunos factores como:

 

- Cuando se introducen microorganismos en un medio de cultivo nuevo.

Las células pueden ser viejas.

- Cantidades reducidas de ATP, Cofactores y Mitocondrias.

- Bacterias alteradas. (Jiménez, 2015)

En cuanto al cambio de nutrientes; la concentración y/o el componente, probablemente involucra la inducción de una o más enzimas nuevas, que podrían tomar desde unos pocos minutos hasta muchas horas. La inducción de enzimas para utilizar un nuevo sustrato de carbono y energía solo puede ocurrir cuando está presente una pequeña cantidad del sustrato de carbono y energía original. Ejemplo: (Mokobi, 2020)

Fig. #2: Penicillium chrysogenum. (Mokobi, 2020)

A veces, las células de un inóculo hambriento de nutrientes podrían experimentar la muerte acelerada por el sustrato, cuando se inoculan en un medio rico en nutrientes. Ejemplo: Klebsiella aerogenes. (Sagar, 2019)

Fig. #3: Klebsiella aerogenes: (Sagar, 2019)

En el cambio de cultivo, a menudo surge cuando las células están en las fases estacionarias y exponenciales tardías, donde el pH y otros parámetros de crecimiento han cambiado debido a la actividad celular, se inoculan en un medio de cultivo nuevo.

- El pH de un cultivo microbiano puede disminuir debido al consumo de NH4+ en el medio o la producción de ácidos orgánicos.

- El pH del medio de cultivo puede aumentar debido al consumo de NO3- en el medio de cultivo
- Los cultivos a menudo se inoculan con inóculo de la misma fuente y luego se incuban en diferentes condiciones.

- En condiciones que se desvían de las condiciones de cultivo originales del inóculo pueden experimentar un retraso en el crecimiento.

- En condiciones de cambio extremo, estas pueden dejar de crecer. (Guzmán, 2017)

Después de la inoculación inicial, se puede requerir un período de tiempo para reducir la cantidad de un sustrato inhibidor a una concentración que permita la tasa de crecimiento máxima.
Sustratos inhibidores:

- Alcohol.

- Fenol e hidrocarburo.

- Componente de medio inhibidor como antibiótico y metal pesado.

- Producto del inóculo puede inhibir el crecimiento (No siempre).

Cuando el inóculo está formado por esporas, el crecimiento vegetativo sólo es posible después de la germinación de las esporas. (Quistan, 2014)

En cuanto al efecto del inóculo:

- La etapa fisiológica (edad y tamaño) del inóculo es un factor importante para determinar la duración del retraso del crecimiento.

- Se prolonga cuando el inóculo agregado se encuentra en la etapa inicial de la fase de crecimiento exponencial.

- Podría eliminarse mediante la adición de filtrado de cultivo tomado de un cultivo en la última fase de crecimiento exponencial.

- Se acorta cuando el crecimiento del inóculo agregado al cultivo se acerca al final de la fase de crecimiento exponencial, ya que consiste principalmente en células jóvenes y activas.

- El período de retraso aumenta cuando el inóculo está en la fase de crecimiento estacionario. (Sotelo y cols., 2011)

Para esto, también llegan a existir otros factores de la duración la fase de latencia:

- Esta fase puede ser bastante larga si el inóculo procede de un cultivo viejo o de uno que haya sido refrigerado. 

- La inoculación de un cultivo en otro químicamente diferente resulta también en una fase de latencia mayor.

- Cuando se transfiere un cultivo en fase de crecimiento exponencial a un medio nuevo de la misma composición, la fase de latencia se acorta o no se produce. (Mateos, 2018)

Transporte de nutrientes a través de la membrana

Las membranas biológicas no son rígidas o impermeables...

...sino que son estructuras m uy móviles y dinámicas La membrana plasmática es el guardián de la célula. No sólo controla el acceso de los iones inorgánicos, las vitaminas y los nutrientes, sino también la entrada de fármacos y la excreción de los productos de desecho. Las proteínas integrales transmembrana desempeñan importantes funciones en el transporte de estas moléculas a través de la membrana y, con frecuencia, mantienen los gradientes de concentración a través de las membranas. (Randal y Lawrence, 2015)

La fuerza impulsora del transporte de iones y el mantenimiento de los gradientes de iones es proporcionada, de forma directa o indirecta, por el trifosfato de adenosina (ATP).

TIPOS DE PROCESOS DE TRANSPORTE

Difusión simple a través de la bicapa fosfolipídica. 

Algunas moléculas pequeñas y neutras pueden atravesar las m embranas biológicas mediante difusión simple Las moléculas pequeñas y apolares (p. ej., 0 2, C02, N2) y las moléculas polares no cargadas (p. ej., urea, etanol y ácidos orgánicos de bajo peso molecular) se desplazan a través de las membranas por difusión simple y sin la ayuda de proteínas de membrana. La dirección del movimiento neto de estas moléculas es siempre "cuesta abajo" y a favor del gradiente de concentración, desde una concentración alta a una baja, para conseguir el equilibrio. (Baynes y Dominiczak, 2014)

La hidrofobicidad de las moléculas es un requisito importante para que la difusión simple tenga lugar a través de la membrana, puesto que el interior de la doble capa de fosfolípidos también es hidrofóbico. De hecho, la velocidad de transporte de estas moléculas está estrechamente relacionada con su coeficiente de partición entre el aceite y el agua. (Randal y Lawrence, 2015)

Aunque las moléculas de agua pueden ser transportadas mediante difusión simple, se considera que las proteínas de los canales controlan el movimiento del agua a través de la mayoría de membranas, especialmente en el riñón para concentrar la orina. (Karp, 20111)

Transportadores móviles de iones e ionóforos formadores de canales. Los ionóforos permiten el movimiento neto de iones sólo a favor de sus gradientes electroquímicos. (Randal y Lawrence, 2015)

Transporte mediado por proteínas de membrana

El transporte de moléculas más grandes a través de las membranas biológicas necesita proteínas de membrana. El transporte de moléculas más grandes y polares, como los aminoácidos o los azúcares, hacia el interior de la célula, requiere la implicación de proteínas de membrana conocidas como transportadores, denominadas también portadores, permeasas, translocasas o proteínas transportadoras. (Baynes y Dominiczak, 2014)

El término "transportador" se aplica también a los ionóforos, que se mueven pasivamente a través de la membrana junto con el ion al que se unen. Los transportadores son tan específicos como las enzimas para sus sustratos y funcionan por uno de los dos mecanismos siguientes: difusión facilitada o transporte activo.

La difusión facilitada cataliza el movimiento de un sustrato a través de la membrana a favor de un gradiente de concentración y no precisa energía. En cambio, el transporte activo es un proceso en el que los sustratos son transportados a contracorriente, en contra de su gradiente de concentración.(Randal y Laurence, 2015)

Cinética de transporte de la difusión facilitada y la difusión simple.

Se muestra una curva de la velocidad de transporte de sustrato frente a la concentración de sustrato en el medio extracelular. La captación catalizada por transportador tiene en común con la catálisis enzimática una velocidad de transporte máxima, f máx (saturable). Kt es la concentración a la que la velocidad de captación de sustrato es la mitad de la máxima. En la difusión simple, la velocidad de transporte es más lenta y directamente proporcional a la concentración de sustrato.(Randal y Laurence, 2015)

La velocidad de la difusión facilitada en general es mucho mayor que la de la difusión simple: las proteínas de transporte catalizan el proceso de transporte. A diferencia de la difusión simple, en la que la velocidad del transporte es directamente proporcional a la concentración del sustrato, la difusión facilitada es un proceso saturable que presenta una velocidad de transporte máxima, Tmáx. Cuando la concentración de moléculas extracelulares (sustratos de transporte) es muy elevada, se consigue la Tmáx por la saturación de las proteínas de transporte con el sustrato.(Baynes y Dominiczak, 2014)

El transporte activo debe estar acoplado a una reacción que produzca energía. El transporte activo es la forma de transporte membranario en la que se necesita gasto de energía. Es el transporte de solutos en contra de sus gradientes electroquímicos, lo que permite la concentración de solutos en el interior de la membrana plasmática y la creación de energía potencial en el gradiente electroquímico formado.(Randal y Laurence, 2015)

El transporte activo es muy importante en la captación y salida de fármacos y otros solutos. El transporte activo puede subdividirse en primario y secundario según la fuerza que impulse el sustrato.

Transporte activo primario. El transporte de membrana que se acopla directamente con la hidrólisis de ATP se denomina transporte activo primario. Los transportadores ABC son ejemplos de transportadores activos primarios. (Baynes y Dominiczak, 2014)

Transporte activo secundario. En el transporte activo secundario, el transporte a través de una membrana biológica de un soluto S1 contra su gradiente de concentración utiliza la energía del transporte de otro soluto S2 en favor de su gradiente de concentración. (Baynes y Dominiczak, 2014)

Los sistemas de transporte activo prim arios utilizan directamente el ATP para impulsar el transporte; el transporte activo secundario utiliza un gradiente electroquímico de iones de Na+ o H+.

El ATP es un producto de alta energía procedente del metabolismo y se describe con frecuencia como la "moneda de energía" de la célula. El enlace fosfoanhídrido del ATP libera energía libre cuando se hidroliza para producir adenosina difosfato (ADP) y fosfato inorgánico. Esta energía se utiliza para la biosíntesis, para el movimiento celular y para el transporte contracorriente de las moléculas en contra de los gradientes de concentración. Los sistemas de transporte activo primarios utilizan directamente el ATP para dirigir el transporte; el transporte activo secundario utiliza un gradiente electroquímico de iones de Na+ o H+, o un potencial de membrana producido por los procesos de transporte activo primario. Los azúcares y los aminoácidos generalmente son transportados hacia las células mediante sistemas de transporte activo secundario. (Karp, 2011)

Las proteínas del transporte activo secundario se subclasifican según la dirección de los solutos que transportan; si únicamente se tarnsporta un soluto, se llaman "uniportadores", si ambos solutos son de importación se llaman "simportadores", y si un soluto es de importación y el otro es de exportación, se les llama "antiportadores.(Randal y Laurence, 2015)

Los sistemas de transporte activo prim ario usan ATP para im pulsar a las bombas de iones (ATPasas transportadoras de iones o ATPasas de bomba)

Las ATPasas de bomba se clasifican en cuatro grupos:

Grupo	Miembro	Localización	Sustrato(s)	Funciones
F-ATPasa (factor de acoplamiento)	H+-ATPasa	Membrana mitocondrial interna	H+	Síntesis de ATP impulsada por el gradiente electroquímico de H+
V-ATPasa (vacuolar)	H+-ATPasa	Vesículas citoplasmáticas (lisosomas, gránulos secretores), membranas plasmáticas (borde rizado de los osteodastos, célula epitelial renal)	H+	Activación de enzimas lisosómicas, acumulación de neurotransmisores, recambio óseo, acidificación de la orina
P-ATPasa (fosforilación)	Na+/K+-ATPasa	Membranas plasmáticas (ubicuidad, aunque abundante en el riñón y el corazón)	Na+ y K+	Generación del gradiente electroquímico del Na+ y K+
	H+-ATPasa	Estómago (célula parietal en la glándula gástrica)	H+y K+	Acidificación de la luz estomacal
	Ca2+-ATPasa	Retículo sarcoplásmico y endoplásmico	Ca2+	Secuestro de Ca2+ en el retículo sarcoplásmico (endoplásmico)
	Ca2+-ATPasa	Membrana plasmática	Ca2+	Excreción de Ca2+ al exterior de la célula
	Cu2+-ATPasa	Membrana plasmática y vesículas citoplasmáticas	Cu2+	Absorción de Cu2+ desde el intestino y excreción desde el hígado
Transportador ABC (ATP-binding cassette)	P-glucoproteína	Membrana plasmática	Diversos fármacos	Excreción de sustancias dañinas, resistencia múltiple a fármacos antineoplásicos
	MRP	Membrana plasmática	Glutatión conjugado	Desintoxicación, resistencia múltiple a fármacos
	CFTR*	Membrana plasmática	ci-	Canal de cloro dependiente del AMPc, regulación de otros canales
	TAP	Retículo endoplásmico	Péptido	Presentación de péptidos para la respuesta inmunitaria

El transporte de membrana que se acopla directamente con la hidrólisis de ATP se denomina transporte activo primario. Los transportadores ABC son ejemplos de transportadores activos primarios. En las células de los mamíferos, los transportadores ABC median la salida unidireccional de solutos a través de las membranas biológicas. (Randal y Laurence, 2015)

Bibliografía

Randa Hilal D, Laurence L. B. (2015) Manual de Farmacología y terapéutica de Goodman y Gilman, Capítulo 5: Transportadores de membrana y respuestas a los fármacos. 2da Edición. McGraw Hill Companies, Inc.

C. Karp G. (2011) Biología celular y molecular. 6ta Edición, Capítulo 4: La estructura y función de la membrana plasmática. McGraw Hill Companies, Inc.

Baynes Q. J., H. Dominiczak M.(2014)Bioqímica Médica, Capítulo 8: Membranas y transporte. 4ta Edición. Elsevier Limited.