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UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO DE TRUJILLO FACULTAD DE MEDICINA HUMANA Escuela Profesional de Medicina Humana

BIOLOGÍA CELULAR

Monografía: “BASES CELULARES Y MOLECULARES DE LA DIABETES “

AUTORES: Balarezo Martínez, Diego Benites González, Cecilia Castillo Castillo, Katherine Choquehuanca Baltodano, Steffi Contreras Aguilar, Pedro Díaz Morgan, Jimena Espinoza Rubio, Milene Figueroa Castillo, Carlos Guevara Tiquillahuanca, Sharon Jiménez Rojas, Robert Lezama Ávila, Bruno

Docente: Lezama Escobedo, Martha K.

I-CICLO TRUJILLO- JUNIO 2019

DIABETES MELLITUS

ÍNDICE INTRODUCCIÓN CAPÍTULO I: CÉLULA BETA DE LOS ISLOTES DE LANGERHANS: 1.1. Los Islotes de Langerhans 1.2. Célula Beta 1.2.1. Localización anatómica 1.2.2. Estructura 1.2.3. Función CAPÍTULO II: EXPRESIÓN GÉNICA DE LA INSULINA: 2.1 Insulina 2.2 Gen de la insulina 2.2.1 Susceptibilidad del gen 2.3 Ubicación en cromosoma 2.4 Transcripción y traducción 2.5 Procesamiento pos-transcripcional 2.6 Procesamiento post-traduccional 2.7 Estructura de la insulina. CAPÍTULO III: SECRECIÓN Y REGULACIÓ DE LA SECRECIÓN DE LA INSULINA: 3.1 Secreción constitutiva y regulada 3.2 Células diana y receptores 3.3 Vía de señalización de la insulina CAPÍTULO IV: MECANISMO DE ACCIÓN DE LA INSULINA: 4.1 Efecto de la insulina en las células diana 4.2 Activación de GLUT en el transporte de la glucosa 4.3 Síntesis de proteínas, lípidos y de glucógeno. CAPÍTULO V: ALTERACIONES PATOLÓGICAS RELACIONADAS: 5.1 Diabetes: Tipos y Características diferenciales 5.2 Alternativas de diagnóstico 5.3 Propuestas de prevención REFERENCIAS BIBLIOGRAFÍAS (ANEXOS)

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DEDICATORIA El presente trabajo investigativo lo dedicamos principalmente a Dios, por ser el inspirador y darnos fuerza para continuar en este proceso de obtener uno de los anhelos más deseados. A la doctora M. Karina Lezama Escobedo por su constante formación académica y guía práctica para el desarrollo de este trabajo de investigación, además de sus aportes constructivos para la mejora del presente trabajo monográfico. A nuestros padres, por su amor, trabajo y sacrificio en todos estos años, gracias a ustedes hemos logrado llegar hasta aquí́ y convertirnos en lo que somos. Ha sido el orgullo y el privilegio de ser sus hijos, son los mejores padres. A nuestros hermanos (as) y familiares por estar siempre presentes acompañándonos y por el apoyo moral, que nos brindaron a lo largo de esta etapa de nuestras vidas que influyo en el desarrollo de esta investigación con aspecto científico. A todas las personas que nos han apoyado y han hecho que el trabajo se realice con éxito en especial a aquellos que nos abrieron las puertas y compartieron sus conocimientos

Los Autores

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INTRODUCCIÓN La diabetes es una enfermedad que se presenta cuando el nivel de glucosa en la sangre, también conocido como azúcar en la sangre, es demasiado alto. La glucosa es la principal fuente de energía y proviene de los alimentos. La insulina, una hormona que produce el páncreas, ayuda a que la glucosa de los alimentos ingrese en las células para usarse como energía. Algunas veces, el cuerpo no produce suficiente o no produce nada de insulina o no la usa adecuadamente y la glucosa se queda en la sangre y no llega a las células. Con el tiempo, el exceso de glucosa en la sangre puede causar problemas de salud. Científicamente, es conocida como diabetes mellitus (DM) y se define como una enfermedad endocrino metabólica caracterizada por hiperglucemia crónica, con alteraciones en el metabolismo de los carbohidratos, grasas y proteínas, que puede estar producida por una deficiencia en la secreción de insulina, una resistencia a la acción de la misma, o una mezcla de ambas, originada por la destrucción de las células β (beta) de los islotes de Langerhans por un mecanismo auto inmunitario o por una causa desconocida (DM tipo 1, DM1); o bien, por fenómenos de resistencia a la insulina (RI), lo cual ocasiona una dificultad para que esta hormona actúe en los tejidos a causa de trastornos en el número o afinidad de sus receptores (DM tipo 2, DM2) . En los últimos años, se ha determinado que ambas clases de diabetes pueden necesitar la administración de insulina para su tratamiento (1,2). Se ha distribuido la presente monografía en cinco capítulos. En el primer capítulo se hablará acerca de la importancia de la célula beta de los Islotes de Langerhans. Posteriormente, el capítulo dos consiste sobre la expresión génica de la insulina. Como tercer capítulo, se ha decidido hablar acerca de la secreción y regulación de la secreción de la insulina. En el cuarto capítulo, se tocará el subtema del mecanismo de acción de la insulina. Por último, en el quinto capítulo se explicará en tanto corresponde a las alteraciones patológicas relacionadas con la Diabetes. Finalmente, cabe destacar que la presente monografía contiene información bastante importante que puede ser útil para muchas personas que quizás busquen conocer más sobre la diabetes. Por otro lado, uno de los principales fines de esta monografía es brindar la información suficiente para que se tenga en cuenta esta enfermedad bastante común del siglo XXI.

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CAPÍTULO 01 -------------------------------------

CELULA BETA DE LOS ISLOTES DE LANGERHANS -------------------------------------

LOCALIZACION ANATOMICA FUNCION BIOLOGICA ESTRUCTURA

INTRODUCCION Los islotes de Langerhans o islotes pancreáticos son cúmulos de células que se encargan de producir hormonas como la insulina y el glucagón, con función netamente endocrina. También secretan inmunoglobulinas

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CAPITULO I CÉLULA BETA DE LOS ISLOTES DE LANGERHANS 1.1 LOS ISLOTES DE LANGERHANS: Es un componente endocrino, el cual consiste en cúmulos de distribución amplia, de células secretoras de hormonas, que producen insulina, glucagón y somatostatina. Abundan más en la cola del páncreas. En los cortes teñidos con hematoxilina y eosina tienen el aspecto de islotes irregulares de color rosa pálido distribuidos extensamente entre los acinos exocrinos de color más oscuros (Fig. 1-1). Se ha estimado que en el páncreas humano existen más de un millón de islotes, aunque, debido a su pequeño tamaño, constituyen sólo el 1 al 2 % del volumen de la glándula. Cada islote está formado por 2000 a 3000 células que algunos autores han señalado se disponen en cordones o trabéculas anastomosadas. Los islotes de Langerhans contienen cuatro tipos de principales de células, cada uno de los cuales secreta una hormona diferente: células alfa, que secretan glucagón, células delta, que secretan somatostatina, células F que secretan polipéptido pancreático y, por último, las células beta, que hablaremos en mayor proporción más adelante, secretan insulina (2).

FIGURA 1-1. Imagen donde se muestra un islote de Langerhans rodeado por acinos pancreácitos. Se puede observar una lámina de tejido conectivo separando ambas partes. Páncreas de rata teñido con hematoxilinaeosina.

Islotes de Langerhans. Imagen disponible en: https://mmegias.webs.uvigo.es/2-organos-a/imagenesgrandes/digestivo-pancreas.php [Consultado el 07-062019]

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1.2 CÉLULA BETA: Son el tipo celular predominante en el islote, ocupan la parte central del mismo y constituyen hasta un 70% de su volumen. Los gránulos insulinógenos secretores de las células beta poseen un centro cristalino electrodenso de forma irregular. Su contenido se separa de la membrana limitante después de la fijación. Su diámetro es similar al de los gránulos de células alfa. La insulina es sintetizada en el retículo endoplásmico rugoso en forma de un polipéptido llamado preproinsulina que se transforma en proinsulina, que posee la misma actividad hormonal, aunque no de la misma magnitud que la insulina. La proinsulina se modifica en el aparato de Golgi y las vesículas secretoras que salen del complejo mencionado contienen la hormona insulina. La insulina es secretada en reacción a la hiperglucemia y también por algunas hormonas péptidas como glucagón, colecistoquinina-pancreozimina y secretina. Sus acciones principales son estimular la captación de glucosa en varios tipos de células, y disminuir el nivel de glucosa sanguínea, al estimular la conversión de glucosa en glucógeno en los hepatocitos y miocitos, siempre que aumente dicho nivel (2).

1.2.1. LOCALIZACIÓN ANATÓMICA:

Las células beta son un tipo de célula del páncreas localizadas en los islotes de Langerhans. Generalmente se encuentran en la parte central del mismo y ocupa un 70 % de su volumen lo cual indica que existen en abundancia (Fig. 2-1). Por lo común tienen un centro cristalino electronicodenso de forma irregular. Su contenido se separa de manera característica de la membrana limitante, después de la fijación (3).

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FIGURA 2-1. Ubicación de la célula beta en un islote pancreático de cobayo (tinción de gomori)

Célula beta. Imagen disponible https://es.scribd.com/doc/254970235/Tratado-deHistologia-Ham [Consultado el 05-06-2019]

en:

1.2.2. ESTRUCTURA:

Tiene un diámetro aproximado de 250 nm hasta 300 nm. Además, se sabe que las células beta tienen la suficiente capacidad y espacio para almacenar insulina suficiente para dos días. Cabe destacar que el exceso de insulina es mortal ya que disminuye a niveles la glucemia al punto de inducir convulsiones o inconsciente, cuadro llamado choque insulínico (4). Las células beta fabrican insulina en etapas. La primera etapa es la producción de la proinsulina. La proinsulina es una molécula formada por una cadena proteínica de 81 aminoácidos, que es precursora de la insulina. Las células Beta del páncreas procesan la proinsulina convirtiéndola en insulina por la sustracción enzimática del péptido C, que es una estructura de 30 aminoácidos que conecta las cadenas A y B (de 21 y 30 aminoácidos, respectivamente).

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1.2.3. FUNCIÓN:

La función productora de insulina de las células beta tiende a acelerar la salida de glucosa, aminoácidos y ácidos grasos de la sangre y su incorporación al interior del citoplasma celular, contrarrestando la función del glucagón de las células alfa. En la diabetes mellitus tipo 1, las células beta del páncreas no pueden producir insulina debido a una enfermedad autoinmunitaria. Las células beta actúan generalmente en reacción a la hiperglucemia, como el resultado del consumo de altos contenidos calóricos, estimulando así la producción de insulina. Sus dos acciones principales son: (1) estimular la captación de glucosa en varios tipos de células y (2) disminuir el nivel de glucosa sanguínea siempre que aumente dicho nivel; la insulina logra dicha disminución al estimular la conversión de glucosa en glucógeno en los hepatocitos y miocitos, y también incitar la síntesis de lípidos en tejido adiposo. Por ende, la liberación de insulina es desencadena en forma directa por la hiperglucemia y también por algunas hormonas péptidas, como glucagón, colecistocinina y pancreocimina y secretina (4).

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CAPÍTULO 02 -------------------------------------

EXPRESIÓN GÉNICA DE LA INSULINA ------------------------------------INSULINA Y SU GEN TRANSCRIPCION TRANSDUCCION PROCESAMIENTO POS TRANSCRPCIONAL PROCESAMIENTO POS TRADUCCIONAL

INTRODUCCION La insulina es una hormona producida por el páncreas, que contribuye a regular los niveles de glucosa en sangre. Esta hormona es vital para el transporte y almacenamiento de la glucosa en las células, ayuda a utilizar la glucosa como fuente de energía para el organismo. La insulina actúa como una llave para permitir que la glucosa acceda a las células. Si la glucosa no puede entrar en las células, se acumula en la sangre.

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CAPÍTULO II EXPRESIÓN GÉNICA DE LA INSULINA 2.1 INSULINA:

La insulina es secretada por el páncreas en respuesta al incremento de la glucosa en el plasma secundario a la ingestión de alimentos. La insulina disminuye la concentración plasmática de glucosa promoviendo la entrada de glucosa en los tejidos, el metabolismo intracelular de la glucosa y la síntesis de glucógeno. Las hormonas anti-insulínicas estimulan tanto la liberación de glucosa desde los depósitos de glucógeno como su síntesis, causando así un incremento en la concentración plásmica de la glucosa (hiperglucemia). El equilibrio entre los efectos de la insulina y el glucagón es un factor clave en el control del metabolismo energético. La insulina y el glucagón son ambos secretados en el mismo lugar anatómico- Los islotes de Lanherhans del páncreas-. Las células β segregan insulina y las células α, glucagón (5).

Es una hormona polipeptídica formada por 51 aminoácidos, producida y secretada por las células beta de los islotes de Langerhans del páncreas (6).

Es fundamentalmente una hormona anabólica, necesaria para el transporte de glucosa y aminoácidos a través de las membranas; la formación de glucógeno en el hígado y músculo esquelético; la transformación de la glucosa en triglicéridos; la síntesis de ácidos nucleicos y, la síntesis proteica (7).

La insulina favorece el estado anabólico canalizando el metabolismo hacia el almacenamiento de carbohidratos y lípidos, y hacia la síntesis de proteínas. La insulina actúa en tres órganos diana: El hígado, el músculo y tejido adiposo (5).

2.2. GEN DE LA INSULINA: El gen de la insulina humana fue uno de los primeros genes humanos que se utilizaron en estudios de clonación (7).

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DIABETES MELLITUS La proinsulina, precursora de la insulina, es codificada por el gen INS, localizado en el cromosoma 11p15.5. Se han identificado una variedad de alelos mutantes en la región que codifica al gen. También se han descrito varias secuencias reguladoras a nivel de la región promotora del gen de la insulina humana sobre la cual se unen los factores de transcripción (8).

El gen INS codifica para tres exones, que codifican para cuatro péptidos: Exón 1 codifica parte del péptido L (que funciona como guía), exón 2 que codifica parte de L, el péptido B entero (que formará parte del dímero funcional) y parte de C (que contribuye al plegamiento correcto de la proteína) y en el exón 3 se encuentran parte de C y A (9).

2.1.1 GENES DE SUCEPTIBILIDAD: Se desconoce el tipo exacto de herencia de los genes de diabetes tipo I. El índice de los gemelos idénticos, sólo se aproxima al 50 por 100. Sólo el 5-10 de los niños con familiares de primer orden con Diabetes tipo I desarrollan la enfermedad. Por tanto, los factores ambientales juegan un papel importante en este tipo de diabetes. Al menos uno de los genes de predisposición de la diabetes tipo I se localiza en los genes codificados en la región de los antígenos de Histocompatibilidad de clase II del cromosoma 6 (HLA-D). Conviene recordar que la región HLA- D posee tres subregiones (DT, DQ y DR), que las moléculas de clase II son muy polimorfas y cada una tiene numerosos alelos. Aproximadamente el 80 por 100 de los pacientes con tipo I poseen los alelos HLA-DR3 o HLA- DR4, mientras que la prevalencia de estos antígenos en la población general, es sólo de 30-50 por 100. Los pacientes HLA- DR3 positivo tienen un riesgo cinco vece mayor de desarrollar diabetes y en aquellos con HLA- DR4 el riesgo es siete veces mayor que el de las personas HLA- DR3/ DR4 negativos (7).

2.3. UBICACIÓN EN EL CROMOSOMA: Se localiza en el brazo corto del cromosoma 11 y se expresa en las células β de los islotes pancreáticos donde se transcribe el mRNA de la insulina madura (figura 3.1)

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FIG. 3.1

Fuente: Proyecto gen- test

2.4. TRANSCRIPCIÓN Y TRADUCCIÓN: La traducción del mensaje se produce en el retículo endoplásmico rugoso y da lugar a la preproinsulina. Posteriormente se produce la ruptura proteolítica de la secuencia del péptido precursor para dar lugar a la proinsulina (7). En las células beta, la insulina se sintetiza a partir de proinsulina, una molécula precursora, por acción de enzimas proteolíticas conocidas como convertasas prohormonas, específicamente la convertasa proproteína 1 y la convertasa proproteína 2, así como la exoproteasa carboxipeptidasa E. Ciertas modificaciones ejercidas sobre la proinsulina le eliminan una región del centro de la molécula denominada péptido C quedando libres los extremos C-terminal y N-terminal. Estos extremos libres tienen 51 aminoácidos en total y se denominan cadenas A (21 aminoácidos) y B (30 aminoácidos), los cuales terminan unidas entre sí por medio de enlaces disulfuro. De modo que la proinsulina consta de las cadenas B-C-A y los gránulos secretorios liberan las tres cadenas simultáneamente (10). Una nueva ruptura en el aparato de Golgi produce insulina y péptido C (ver figura 2). La insulina y el péptido C se almacenan en gránulos de secreción y se segregan conjuntamente después de la estimulación fisiológica (7).

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FIG. 3.2

Fuentes: Tratado de Fisiología médica

2.4.1. LIBERACIÓN DE LA INSULINA: Las células beta de los islotes de Langerhans liberan la insulina en dos fases. La primera fase de la liberación de insulina se desencadena rápidamente en respuesta al aumento de los niveles de glucosa en la sangre. La segunda fase produce una liberación sostenida y lenta de las recién formadas vesículas que se activan independientemente de la cantidad de azúcar en la sangre. En la primera fase la liberación de la insulina ocurre de manera inmediata (11):

1. La glucosa entra en las células beta a través del transportador de glucosa GLUT2. 2. La glucosa pasa al glucólisis y el ciclo respiratorio, donde se producen, por oxidación, varias moléculas de ATP de alta energía (12). 3. Los canales de potasio (K+) dependientes de los niveles de ATP y, por tanto, de los niveles de glucosa en sangre, se cierran y la membrana celular se despolariza.

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DIABETES MELLITUS 4. Con la despolarización de la membrana, los canales de calcio (Ca2+) dependientes de voltaje se abren y el calcio entra la célula (11). 5. Un aumento en el nivel de calcio intracelular produce la activación de fosfolipasa C, que desdobla los fosfolípidos de membrana fosfatidil inositol 4,5-bifosfato en inositol 1,4,5-trifosfato y diacilglicerol. 6. El inositol 1,4,5-trifosfato (IP3) se une a los receptores proteicos sobre la membrana del retículo endoplásmico (RE). Esto permite la liberación de Ca2+ del RE a través de los canales IP3 aumentando más aún la concentración intracelular de calcio. 7. Estas cantidades significativamente mayores de calcio dentro de las células provoca la activación de la sinaptotagmina, que ayuda a la liberación de la insulina previamente sintetizada y almacenada en las vesículas secretoras (12).

La 1ª respuesta es una secreción de base y la 2ª más lenta, donde se libera insulina en concentraciones elevadas en respuesta a los nutrientes (11).

Esta 1º fase, tiene una respuesta rápida, que comienza 20 a 30 segundos después de la llegada del estímulo (nutrientes), se mantiene por 4 a 6 minutos, y luego finaliza. Como mencionamos anteriormente, no está relacionada con la síntesis de la hormona, por esta razón la insulina preformada, tiene esa capacidad de secretarse rápidamente. La secreción de insulina se produce de manera pulsátil y cíclica. Cada minuto, el páncreas libera a la circulación portal, 60 mili/ Unidades de insulina (11).

2.5. PROCESO POST-TRANSCRIPCIONAL REGULACION AL NIVEL TRANSCRIPCIONAL. A nivel endocrino nos encontramos con GLP-1, una hormona producida por los intestinos (durante la ingesta) que presenta afinidad por un receptor de membrana, que empezará una cascada de señalización cuya acción final será el aumento en la expresión de PDX1, un factor de transcripción del gen de la insulina.

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DIABETES MELLITUS Este factor de transcripción solo se encuentra activo en su forma fosforilada. (Existe otro factor, llamado MafA, que posee un dominio de cremallera de Leucinas. Es un TF muy potente, específico de las células β. La glucosa también actúa como “activador” de la expresión de insulina, ya que se puede transportar a través de GLUT2 (recordemos, un transportador con baja afinidad, pero alta capacidad). La glucosa, siguiendo algún tipo de señalización aún desconocido, provocará la fosforilación de PDX1, lo cual le permitirá translocarse al núcleo de la célula y actuar como factor de transcripción de la insulina ( para aumentar la expresión de esta). A su vez, se sabe que la insulina también actúa a “upstream” de esa cascada de señalización que acabará desembocando en la fosforilación de PDX1 y por lo tanto, un aumento de expresión de la insulina). Podríamos decir que esta regulación por parte de la misma insulina es muy parecida al “feedback positivo”. Se trata de un efecto autocrino. Finalmente, BMP4, también puede efectuar regulación, activando la proteína Smad1 (por fosforilación). Entonces será capaz de heterodimerizarse con Smad4, actuando como regulador positivo de la expresión de la insulina. Destacar queBMP4 son receptores con actividad Ser-Thr-K, activados por TFGβ. Se trata de un proceso autocrino, no sale a circulación.(figura 3.3)

FIG.3.3

FUENTE: Salazar Adriana. Sandoval Ana. Armendáriz Juan. Biología Molecular: Fundamentos y aplicaciones en las ciencias de la salud

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DIABETES MELLITUS 2.6. PRECESO POST-TRADUCCIONAL REGULACION A NIVEL TRADUCCIONAL  Este nivel de regulación es el menos conocido de todos. Parece ser que los mecanismos que lo rigen juegan un papel importante en el almacenamiento recién estudiado, ya que la traducción depende de la liberación de los mRNAs, aun cuando el almacenamiento sea breve. Tampoco todos los mRNAs que llegan al citoplasma se traducen en proteínas.  La glucosa también puede activar su traducción  Existen proteínas represoras de la traducción (HuD, la cual está unida a regiones UTR), cuando la glucosa circulante aumenta, estas uniones se disocian (por unión de la glucosa a HuD) y se puede activar la traducción, aumentando está en un orden de magnitud. PRECESO POST-TRADUCCIONAL:  Una vez traducida la proteína tenemos llamada Preproinsulina.  Su incorporación al retículo endoplasmático y el corte de su péptido señal son debidos al aumento de la glucosa.  Sin el péptido señal tenemos la llamada Proinsulina. Se trata de una secuencia única y larga sin puentes disulfuro, esta pasara al aparato de Golgi donde circulara a través de las vesículas y pasara a de cis a trans donde se producirá el cambio de PH y la activación de ciertas proteasas que cortaran secuencias concretas (previamente la proteína se habrá plegado , todo ellos estabilizado por la formación de los 3 puentes disulfuro)  Una parte de la proinsulina es llamada el péptido C, de gris en la imagen, el resto forma la insulina madura y se almacenará en gránulos de secreción para cuando se requieran, siendo estimulados de nuevo por la glucosa.

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2.7. ESTRUCTURA DE LA INSULINA: Inicialmente la insulina se sintetiza en los ribosomas del retículo endoplasmático rugoso de las células beta de los islotes de Langerhans (ya antes mencionado), como PREPROINSULINA, que tiene 109 aminoácidos; este precursor pierde enzimáticamente algunos aminoácidos, y se transforma en PROINSULINA de 83 aminoácidos, de cadena única en espiral. La proinsulina, se transforma en insulina en el aparato de Golgi de las células beta, por un proceso enzimático dando lugar a la INSULINA y a un péptido conector o péptido C de 32 aminoácidos, que se acumula en gránulos secretorios ligados al Golgi, en el citoplasma celular (figura 3.4). La insulina, una hormona de naturaleza proteica, con un peso molecular aproximado de 6000 dalton; está formada por 2 cadenas polipeptídicas, la cadena A formada por 21 aminoácidos (aa) y la cadena B constituida por 30, estas cadenas están conectadas por 2 enlaces disulfuro intermoleculares entre el aminoácido 7 de cada una de las cadenas y el 20 de la cadena A con el 19 de la cadena B y un enlace intramolecular en la cadena A, entre los aminoácidos 6 y 11.Además la cadena A, tiene también un puente interno de disulfuro entre los aminoácidos A-6/A-11. La integridad de la molécula es indispensable para ejercer las acciones farmacológicas. Las cadenas A o B, separadas luego de la destrucción enzimática de los puentes disulfuro, carecen completamente de acciones farmacológicas. Los aminoácidos de las posiciones B-12 y B-30 son indispensables para el mantenimiento de las acciones metabólicas de la insulina. Las acciones de cecimiento se relacionan con los aminoácidos A-4; A-20. A-21, B-10, B-13 Y B-26 (figura 3.5.).

FIG 3.4.

ESTRUCTURA DE LA INSULINA

Fuente: Compañía de fotografía Dreamstime. Estructura de la Insulina

Humana,

https://es.dreamstime.com/imagenes-de-archivoestructura-de-la-insulina-humana-image27081204 Derechos Compañía Dreamstime. Derechos Reservados.

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En:

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FIG 3.5.

PREPROINSULINA, PREINSULINA E INSULINA

Fuente: Trudy Mckee,James R. Mckee: Bioquìmica. Las bases moleculares de la vida, En: www.accessmedicina.com Derechos McGraw-Hill Education. Derechos Reservados.

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CAPÍTULO 03 -------------------------------------

SECRECION Y REGULACION DE LA INSULINA -------------------------------------

SECRECIÓN CONSTITUTIVA Y REGULADA CELULAS DIANA Y RECEPTORES VÍA DE SEÑALIZACIÓN DE LA INSULINA

INTRODUCCION Las células Beta fabrican insulina en etapas. La primera etapa es la producción de la proinsulina. La proinsulina es una molécula formada por una cadena proteínica de 81 aminoácidos, que es precursora de la insulina. Las células Beta del páncreas procesan la proinsulina convirtiéndola en insulina por la sustracción enzimática del péptido C, que es una estructura de 30 aminoácidos que conecta las cadenas A y B (de 21 y 30 aminoácidos, respectivamente)

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CAPÍTULO III SECRECIÓN Y REGULACIÓN DE LA SECRECIÓN DE LA INSULINA

3.1 SECRECIÓN CONSTITUTIVA Y REGULADA

Mecanismos de la secreción de insulina La figura 4.1 expone los mecanismos celulares básicos de la secreción de insulina por las células β del páncreas en respuesta al incremento de la glucemia, que es el principal factor de control de la secreción de insulina. Las células β poseen un gran número de transportadores de glucosa, gracias a los cuales, la entrada de glucosa en ellas es proporcional a su concentración en la sangre dentro de límites fisiológicos. Una vez en el interior de las células, la glucocinasa fosforila a la glucosa y la convierte en glucosa-6-fosfato. Parece que esta fosforilación es el paso limitante del metabolismo de la glucosa en la célula β y también que es el mecanismo más importante para la percepción de la concentración de glucosa y el ajuste de la secreción de insulina secretada en relación con la glucemia. A continuación, la glucosa-6-fosfato se oxida a trifosfato de adenosina (ATP), que inhibe los canales de potasio sensibles al ATP de la célula. El cierre de los canales de potasio despolariza la membrana celular, con lo que se abren los canales del calcio controlados por el voltaje, con la consiguiente entrada de calcio en la célula. El calcio estimula la fusión de las vesículas que contienen insulina con la membrana celular y la secreción de la hormona al líquido extracelular mediante exocitosis. Otros nutrientes, tales como determinados aminoácidos, también pueden metabolizarse en las células β, donde incrementan la concentración de ATP y estimulan la secreción de insulina. Algunas hormonas, por ejemplo el glucagón, el péptido insulinotrópico dependiente de glucosa (péptido inhibidor gástrico) y la acetilcolina, aumentan la concentración intracelular de calcio a través de otras vías de señalización y potencian el efecto de la glucosa, aunque, en ausencia de esta, sus efectos sobre la secreción de insulina son escasos. Otras hormonas, entre ellas la somatostatina y la noradrenalina (a través de la activación de los receptores αadrenérgicos) inhiben la exocitosis de insulina. Los fármacos de la clase sulfonilurea estimulan la secreción de insulina mediante unión a los canales de potasio sensibles

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DIABETES MELLITUS al ATP y bloqueo de su actividad. La consecuencia es una despolarización que desencadena la secreción de insulina, lo que hace que, como se verá más adelante, estos fármacos resulten útiles para promover la secreción de insulina en los pacientes con diabetes de tipo 2. FIG 4.1. Mecanismos básicos de la estimulación de la secreción de insulina en las células páncreas

β

del por

glucosa. transportador

la

GLUT, de

glucosa.

Fuente: Guyton y Hall Tratado de Fisiología médica - John E. Hall - 13° ed. 2016 (pag. 2375)

Control de la secreción de insulina Antes se creía que la concentración sanguínea de glucosa controlaba casi por completo la secreción de insulina. Sin embargo, a medida que se han ido conociendo mejor las funciones metabólicas de esta hormona sobre el metabolismo de las proteínas y de los lípidos, se ha comprobado que los aminoácidos de la sangre y otros factores también desempeñan importantes funciones reguladoras de la secreción de insulina . El aumento de la glucemia estimula la secreción de insulina Cuando la glucemia en ayunas es normal, de 80 a 90 mg/100 ml, el ritmo de secreción de insulina es mínimo, del orden de 25 ng/min/kg de peso corporal, con una actividad fisiológica muy discreta. Sin embargo, si la glucemia aumenta de

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DIABETES MELLITUS forma repentina hasta dos o tres veces el valor normal y se mantiene así, la secreción de insulina experimentará un gran ascenso en dos etapas. (ver figura 4.2).

1. La concentración plasmática de insulina se eleva casi 10 veces en los 3 a 5 min siguientes al incremento brusco de la glucemia, a causa de la liberación inmediata de la insulina preformada por las células β de los islotes de Langerhans. Sin embargo, este alto ritmo inicial de secreción no se mantiene, puesto que la concentración de insulina desciende hasta valores intermedios en un plazo de 5 a 10 min. 2. Aproximadamente 15 min después del estímulo, la secreción de insulina aumenta por segunda vez y alcanza una meseta en las 2 a 3 h siguientes, en esta ocasión con un ritmo de secreción aún mayor que el de la fase inicial. Esta secreción se debe tanto a la liberación adicional de la insulina previamente formada como a la activación del sistema enzimático que sintetiza y secreta nueva insulina a partir de estas células. FIG 4.2.

Aumento de la concentración plasmática de insulina tras la elevación

brusca de la glucosa sanguínea a dos o tres veces su valor normal. Obsérvense el pico inicial rápido de insulina y el incremento tardío, pero más acusado y mantenido, que tiene lugar de 15 a 20 min después. Fuente: Guyton y Hall Tratado de Fisiología médica - John E. Hall - 13° ed. 2016 (pag. 2377)

Retroalimentación entre la concentración sanguínea de la glucosa y la tasa de secreción de insulina Conforme aumenta la concentración sanguínea de glucosa por encima de 100 mg/100 ml de sangre, el ritmo de secreción de insulina se eleva con rapidez, hasta alcanzar máximos del orden de 10 a 25 veces los valores basales para glucemias de 400 a 600 mg/100 ml, como muestra la figura 4.3. Así pues, el incremento de la secreción de insulina tras un estímulo de glucosa es espectacular, tanto por su

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DIABETES MELLITUS rapidez como por la elevada secreción alcanzada. Además, la secreción de insulina se inactiva, casi con la misma celeridad, a los 3-5 min del regreso de la glucemia a los valores de ayuno. FIG 4.3

Secreción aproximada de insulina para diferentes valores de glucosa

plasmática.

Fuente: Guyton y Hall Tratado de Fisiología médica - John E. Hall - 13° ed. 2016 (pag. 2378)

Otros factores que estimulan la secreción de insulina Aminoácidos Algunos aminoácidos ejercen un efecto análogo al exceso de glucosa en sangre en la estimulación de la secreción de insulina. Los más potentes son la arginina y la lisina. Este efecto difiere de la estimulación de la secreción de insulina por la glucosa en que los aminoácidos, administrados en ausencia de hiperglucemia, apenas elevan la secreción de insulina. Sin embargo, si los aminoácidos se administran al mismo tiempo que se eleva la glucemia, la secreción de insulina inducida por l glucosa llegará a duplicarse en presencia de un exceso de aminoácidos. En otras palabras, los aminoácidos potencian mucho el estímulo secretor de insulina de la glucosa. La estimulación de la secreción de insulina por los aminoácidos resulta apropiada, porque la insulina favorece, a su vez, el transporte de los aminoácidos a las células de los tejidos y la síntesis de proteínas en su interior. En resumen, la insulina es imprescindible para una utilización correcta del exceso de aminoácidos, igual que lo es para la utilización adecuada de los hidratos de carbono. Hormonas gastrointestinales Algunas hormonas gastrointestinales importantes, como la gastrina, la secretina, la colecistocinina, el péptido parecido al glucagón 1 (GLP-1) y el péptido insulinotrópico dependiente de glucosa (GIP), pueden provocar aumentos

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DIABETES MELLITUS moderados en la secreción de insulina. Dos de estas hormonas, GLP-1 y GIP, parecen ser las más potentes y a menudo se denominan incretinas, dado que potencian el ritmo de liberación de insulina desde las células β pancreáticas como

respuesta a un aumento de la glucosa en plasma. También inhiben la secreción de glucagón a partir de las células α de los islotes de Langerhans. Estas hormonas son liberadas por el tubo digestivo cuando la persona ingiere una comida. De este modo, inducen un incremento «anticipatorio» de la insulinemia, que prepara la absorción de glucosa y de aminoácidos tras las comidas. Estas hormonas gastrointestinales suelen actuar de la misma manera que los aminoácidos e incrementan la sensibilidad de la respuesta insulínica a la hiperglucemia y casi duplican el ritmo de secreción de insulina a medida que la glucosa sanguínea se eleva. Como se expone más adelante en el capítulo, se han desarrollado varios fármacos para emular o potenciar las acciones de las incretinas de cara al tratamiento de la diabetes mellitus. Otras hormonas y el sistema nervioso autónomo Otras hormonas que estimulan directamente la secreción de insulina o potencian el estímulo secretor de insulina de la glucosa son el glucagón, la hormona del crecimiento, el cortisol y, en menor medida, la progesterona y los estrógenos. La importancia de los efectos estimuladores de estas hormonas es que una secreción prolongada de cualquiera de ellas en grandes cantidades puede provocar el agotamiento de las células β de los islotes de Langerhans y ocasionar una diabetes mellitus. De hecho, la diabetes aparece con frecuencia en personas tratadas con altas dosis farmacológicas de mantenimiento de algunas de estas hormonas y es particularmente común en pacientes con gigantismo o en pacientes acromegálicos con tumores secretores de hormona del crecimiento o entre aquellos cuyas glándulas suprarrenales secretan un exceso de glucocorticoides. Los islotes pancreáticos

están

profusamente

inervados

por

nervios

simpáticos

y

parasimpáticos. La estimulación de los nervios parasimpáticos pancreáticos aumenta la secreción de insulina durante los cuadros hiperglucémicos, mientras que la estimulación de los nervios simpáticos puede incrementar la secreción de glucagón y reducir la secreción de insulina durante la hipoglucemia. Según se cree, las concentraciones de glucosa son detectadas por neuronas especializadas del hipotálamo y del tronco del encéfalo, así como por células detectoras de glucosa en localizaciones periféricas como el hígado.

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DIABETES MELLITUS

3.2 CÉLULAS DIANA Y RECEPTORES

Acción en células diana:

a. La insulina se une a las subunidades a del receptor tetramérico, cambio de conformación en el receptor, activa la tirosina cinasa en las subunidades, que se fosforilan en presencia de ATP. autofosforilan.

b. La tirosina cinasa activada fosforila proteínas cinasas, las fosfatasas, las fosfolipasas y las proteínas G. La fosforilación activa inhibe estas proteínas para producir las diversas acciones metabólicas de la insulina.

c. El complejo insulina-receptor es internalizado endocitosis, degradado, almacenado o reciclado. La insulina regula por disminución su propio receptor al disminuir la velocidad de síntesis y al aumentar la frecuencia de degradación del receptor, en parte, responsable de la menor sensibilidad a la insulina de los tejidos diana en la obesidad y en la DM 2

Además de las acciones descritas, la insulina se une también a elementos del núcleo, del aparato de Golgi y del retículo endoplásmico. Así, la insulina estimula la transcripción génica de modo similar a las acciones de las somatomedinas, IGF-1 e IGF-2.

RECEPTOR DE INSULINA

La insulina inicia sus acciones biológicas por su unión a receptores específicos localizados en la membrana celular. El receptor de insulina (IR) es una glucoproteína que pertenece a la familia de receptores para factores de crecimiento con actividad intrínseca de cinasas de Tyr (RTK's), los cuales al ser estimulados por su ligando se autofosforilan en residuos de Tyr. El IR es un hetero tetrámero compuesto por dos subunidades α y dos subunidades β unidas por puentes disulfuro. Las subunidades α se encuentran localizadas en el exterior de la membrana plasmática y contienen sitios de unión a la insulina, mientras que las subunidades β tienen una porción extracelular, una transmembranal y una porción intracelular en donde se localiza el dominio con

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DIABETES MELLITUS

actividad de cinasa de Tyr. En la región intracelular se han identificado tres regiones estructurales que incluyen: 1) región yuxtamembranal intracelular, que parece ser importante en la transmisión de la señal y en donde se localizan las tirosinas Tyr965 y Tyr972. 2) región reguladora en donde se encuentran las tirosinas Tyr1158, Tyr1162 y Tyr1163. La autofosforilación de estos tres residuos aumenta de 10 a 20 veces la actividad de cinasa del receptor. 3) región con sitios de fosforilación en el extremo carboxilo terminal (Tyr1328, Tyr1334) que al parecer puede jugar un importante papel regulador, pero no en la señalización del receptor. En condiciones de no estímulo, las subunidades α ejercen un papel regulador sobre las subunidades β, inhibiendo la capacidad del receptor para auto fosforilarse. Después de que la insulina se une a su receptor, las subunidades α sufren cambios conformacionales que permiten que las subunidades β se activen y sean capaces de autofosforilarse en residuos de Tyr. El mecanismo de autofosforilación al parecer se da por procesos de cis- y trans- autofosforilación mediante las cuales ciertos residuos son fosforilados por la actividad de fosfotransferasa de la misma subunidad β (cis-), mientras que otros son substrato de la actividad de cinasa de la subunidad β opuesta (trans-). Además, estudios recientes han reportado que se requiere de al menos 7 sitios de fosforilación en Tyr en el IR y de la actividad enzimática de cinasa de Tyr para el apropiado funcionamiento del receptor. (figura 4.4)

FIG. 4.4 IMAGEN DEL RECEPTOR DE LA INSULINA

FUENTE: Articulo2-BASES MOLECULARES INSULINA.pdf

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DIABETES MELLITUS

3.3.

Vía de señalización de la insulina

Una vez que la insulina interacciona con su receptor y éste es activado, se inicia el encendido de cascadas de señalización que dependen de un orquestado número de interacciones proteicas. Dos vías principales de transducción son activadas por acción de la insulina: la vía de la fosfatidilinositol 3-cinasa (PI3K) y la vía de las cinasas activadas por mitógenos (MAP cinasas). Ambas vías regulan la mayoría de las acciones de la insulina asociadas a la regulación del metabolismo energético, de la expresión genética y de efectos mitogénicos. Estructura del Receptor de Insulina: dominios funcionales del receptor. El IR es un heterotetrámero que consiste de dos subunidades α extracelulares unidas a dos subunidades β por puentes disulfuro. Las subunidades α contienen las regiones de unión a insulina α1IR y α2IR en adición a una región rica en cisteinas (Cys). La subunidad β contiene una porción extracelular, una transmembranal y una intracelular. En su porción intracelular se localiza un dominio catalítico de cinasa de tirosina con un sitio de unión a ATP y sitios de fosforilación en tirosina que se localizan en las regiones juxtamembranal (Tyr965, Tyr972), asa de activación (Tyr1158, Tyr1162, Tyr1163) y carboxilo terminal (Tyr1328, Tyr1334). Región juxtamembranal Sitio de unión a ATP Asa de activación COOH-terminal Unión de insulina Región transmembranal REB 27: 9-18, 2008 Mecanismos de Acción de la Insulina 11.

a) Vía de señalización de las MAP cinasas.

Los efectos de la insulina en la regulación de la síntesis de proteínas son mediados principalmente a través de la activación de la vía de señalización de las MAP cinasas. Por otra parte, se sabe que la insulina es un potente factor de crecimiento; sus efectos promotores del crecimiento son mediados a través de la activación de la vía de las MAPK/Ras. La activación de esta vía involucra la fosforilación en residuos de tirosina del dominio citoplasmático del receptor de insulina, lo cual promueve la asociación de la proteína Shc, las cuales, a su vez, interactúan con la proteína unida al receptor del factor de crecimiento 2 (Grb2), que recluta a factor intercambiador de nucleótidos de guanina Son of Sevenless (SOS) a la membrana plasmática para la activación de la proteína G pequeña Ras, catalizando el intercambio de difosfato de guanosina (GDP) por trifosfato de guanosina (GTP) en Ras, lo que permite su activación.

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DIABETES MELLITUS

El Ras-GTP opera como un switch molecular; es decir inicia el encendido de la cascada de las MAP cinasas, estimulando la activación de estas, a través de la activación secuencial de Raf, MEK y ERK1/2. La activación de Ras (GTP-Ras) inicia el encendido de la cascada de las MAP cinasas. GTP-Ras se une y activa a Raf-1 que subsecuentemente lleva a la fosforilación y activación de la vía, que involucra el reclutamiento y activación de MEK (también llamada cinasa de MAP cinasa) y de las ERK1 (cinasa regulada extracelularmente 1) y ERK2 (conocidas genéricamente como MAP cinasas).

Una vez activas, ERK1/2, este conjunto de quinasas puede fosforilar sustratos en el citoplasma o trastocarse al núcleo y catalizar la fosforilación de factores de transcripción tales como el p62"' y el p90"k, iniciando un programa transcripcional que conduce a la célula a pasar a tener que elegir entre un programa proliferativo o diferenciador. Resulta interesante que el bloqueo de la vía de MAPK, mediante el empleo de dominantes negativas o inhibidores farmacológicos, prevenga la estimulación de los efectos promotores del crecimiento mediados por la insulina sin que se vean afectadas sus acciones metabólicas. Las MAP cinasas tienen una amplia gama de sustratos potenciales, incluyendo factores de transcripción y otras cinasas, que participan principalmente en la regulación de la expresión genética en tejidos sensibles a la insulina, pero no en la regulación del transporte de glucosa (17). Fig 4.5 Vía de señalización de las MAP cinasas

FUENTE: Articulo2-BASES%20MOLECULARES%20INSULINA.pdf

29

DIABETES MELLITUS b) Vía de señalización de la PI3K

La vía de la PI3K es el principal mecanismo por el que la insulina ejerce sus funciones en el metabolismo de la glucosa y de lípidos. La transducción de señales a través de la vía de PI3K se esquematiza en la figura 3 y se inicia cuando el receptor activo y autofosforilado, interacciona con IRS y lo fosforila. Las proteínas IRS contienen un dominio amino-terminal de homología a pleckstrina (dominio PH) altamente conservado, seguido por un dominio de unión a fosfotirosinas (PTB), que en conjunto permiten el acoplamiento de IRS al IR activo. Adicionalmente, los IRSs contienen entre 8 y 18 sitios potenciales de fosforilación (en función del tipo de IRS, de los cuales se conocen 4 isoformas, IRS-1 a IRS4), que al ser fosforilados por el IR, se convierten en sitios de unión y activación de proteínas que contienen dominios SH2 (de homología al dominio 2 de la proteína Src), muchas de las cuales funcionan como proteínas adaptadoras, como es el caso de PI3K, Grb2 (proteína 2 unida al receptor del factor de crecimiento), Crk II, SHP-2 (proteína tirosina fosfatasa con homología a Src), entre muchas otras (6). A pesar de que existen 4 isoformas de IRS, al parecer la que está involucrada en el transporte de glucosa a las células es la isoforma 1, por lo que en adelante se hará referencia principalmente a esta isoforma. Las PI3Ks, son heterodímeros que constan de una subunidad reguladora (p85α, p55α, p50α, p85β ó p55PIK) y de una subunidad catalítica (p110α, p110β ó p110δ). Las subunidades reguladoras son proteínas adaptadoras que contienen dos dominios SH2, los cuales permiten su unión a las proteínas IRS-1. La interacción entre ambas proteínas provoca cambios alostéricos en la conformación de la subunidad reguladora dando por resultado la activación de la subunidad catalítica de PI3K. A consecuencia de ello, p110 se localiza cerca de la membrana plasmática en donde tiene acceso a sus sustratos PI4-P (fosfatidilinositol 4-fosfato) y PI4,5-P2 (fosfatidilinositol 4,5bisfosfato), los cuales son fosforilados en la posición 3 del inositol, generando los

productos

PIP2

(PI3,4-bisfosfato)

y

PIP3

(PI3,4,5-

trisfosfato),

respectivamente, El PIP3 sirve como sitio de unión para cinasas de Ser como PDK1 (cinasa dependiente de fosfoinositidos-1), y Akt o proteína cinasa B (PKB) (7). En el caso de la cinasa Akt, después de su reclutamiento a la membrana plasmática es fosforilada en dos residuos, la Ser473 y la Thr308. La fosforilación en la Ser473 ocurre primero por acción del complejo proteico mTor/Rictor, también conocido como PDK2. Esta fosforilación parece promover la interacción

30

DIABETES MELLITUS entre el motivo hidrofóbico del carboxilo terminal de Akt y la cinasa PDK1 que la fosforila en la Thr308; estas dos fosforilaciones son importantes para que Akt se active completamente. Existen tres isoformas de Akt (Akt1-3), de las cuales, la isoforma 2 parece ser la que juega un papel importante en la incorporación de glucosa inducida por la insulina. La enzima Akt regula varios de los efectos metabólicos de la insulina a través de la fosforilación de una lista creciente de sustratos que propagan la respuesta de la insulina, incluyendo a la enzima glucógeno sintasa (GS), a la glucógeno sintasa cinasa 3 (GSK3), a la sintasa de oxido nítrico inducible (iNOS), a la fosfofructocinasa 2 (PFK2), a la proteína de unión al elemento de respuesta al AMP cíclico (factor de transcripción CREB), a la molécula blanco de la rapamicina en mamíferos (mTOR), a la caspasa 9 y a la proteína antiapoptótica antagonista de Bcl2 (BAD). Entre estos destaca la fosforilación e inactivación de la enzima GSK3 (3, 7), una cinasa que en condiciones de no estímulo inhibe a la glucógeno sintasa; la PI(3,4,5)P3 p85 p110 PI3K Figura 3. Activación de la vía de la PI3K/Akt por la insulina. Esta vía representa el principal mecanismo por el que la insulina ejerce sus funciones en el metabolismo. El IR activo y auto fosforilado, activa a IRS la cual contiene varios sitios de fosforilación en residuos de Tyr (Y) que al ser fosforilados por el IR, se convierten en sitios de unión y activación de proteínas que contienen dominios SH2 como PI3K. La PI3K consta de una subunidad reguladora (p85) y de una subunidad catalítica (p110). La interacción entre p85/IRS-1 da por resultado la activación de p110 y a consecuencia de ello, p110 tiene acceso a su sustrato PI(4,5)P2 , el cual es fosforilado en la posición 3 del inositol, generando PI(3,4,5)P3 , que sirve como sitio de unión para cinasas de Ser como PDK1 y Akt. El complejo proteico PDK2 activa a Akt, induciendo una primera fosforilación en la Ser473 que es seguida por una fosforilación en la Thr308, esta última inducida por PDK1. Akt regula varios de los efectos metabólicos de la insulina a través de regular la activación de diferentes sustratos que propagan la respuesta, como mTor, FOXO, GSK3 y caspasa 9. REB 27: 9-18, 2008 Mecanismos de Acción de la Insulina 13 inhibición de GSK3 por Akt favorece la activación de la glucógeno sintasa y el aumento en la síntesis de glucógeno (6). La cascada de la PI3K incluye a otras cinasas de Ser que median la respuesta de la insulina, incluyendo a mTOR la cual regula la síntesis proteica a través de las vías de p70S6K/S6 y 4EBP1/eIF4 (14). (figura 4.6)

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DIABETES MELLITUS FIG. 4.6

Vía de señalización de la PI3K

FUENTE: Articulo2-BASES%20MOLECULARES%20INSULINA.pdf

MECANISMOS DE REGULACION DE LA SEÑAL DE INSULINA

La duración y extensión de las señales inducidas por acción de la insulina son altamente reguladas para promover el adecuado funcionamiento metabólico, el balance energético y el mantenimiento del peso corporal. El control de las acciones de la insulina se lleva a cabo gracias a mecanismos muy finos de autorregulación (desensibilización homóloga), en donde enzimas de la misma vía que fueron activadas por acción de la insulina inhiben la actividad de proteínas claves de la señalización, como lo son el IR o sus sustratos IRS. Alternativamente, señales de vías no relacionadas a la de la insulina pueden inhibir su señalización a través de mecanismos de desensibilización heteróloga. De esta forma, tanto el IR como su principal sustrato, el IRS, se encuentran sujetos a una combinación de mecanismos de desensibilización homóloga y heteróloga. A continuación se describen los principales puntos de regulación a nivel del IR y de IRS por acción de la insulina.

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DIABETES MELLITUS a) Regulación a nivel del IR

Endocitosis: Una vez que la insulina se une con el IR, el complejo insulinareceptor es internalizado hacia los endosomas primarios, principalmente mediante su inclusión en vesículas recubiertas de clatrina, en donde el IR permanece activo y completamente fosforilado. El pH ácido de los endosomas induce la disociación de la insulina del IR; una vez que la insulina se disocia, ésta es degradada por acción de la enzima insulinasa ácida endosomal y el IR es reciclado a la membrana celular. Sin embargo, en condiciones de estimulación prolongada con niveles saturantes de insulina, el IR es transportado a los lisosomas para su degradación. De esta forma la internalización, el reciclamiento y la degradación del IR determinan el número de receptores presentes en la superficie celular disponibles para la unión de la insulina. Aunque la internalización del IR juega un papel crucial en la atenuación de los efectos de la insulina, también se ha sugerido que es importante en la activación de Shc y la vía de las MAP cinasas . Este fino mecanismo de regulación del número y de la activación del IR en la membrana plasmática es crucial para determinar la sensibilidad celular a la insulina, no únicamente en condiciones fisiológicas sino también en condiciones patológicas incluyendo a la resistencia a la insulina (10). Acción de Proteínas fosfatasas de Tyr. Se ha postulado que el grado de activación del IR está determinado por acciones opuestas a su fosforilación en residuos de Tyr. Un mecanismo de regulación de la señal de insulina que actualmente es sujeto de un gran número de estudios, involucra la desfosforilación de residuos claves de Tyr en el asa de activación del receptor por la activación de proteínas fosfatasas de Tyr (PTPs). Las PTPs se clasifican en dos categorías: PTPs citosólicas y PTPs de membrana y ambos grupos han sido identificados como reguladores de la actividad del IR. Con respecto a las PTPs localizadas en la membrana PTP-α, PTP-ε y LAR al parecer juegan un papel importante en la regulación de la fosforilación del IR. En particular se ha observado que LAR (fosfatasa relacionada al antígeno común de leucocito) interactúa con el IR y lo desfosforila. Sin embargo, las evidencias experimentales más importantes de la participación de las PTPs en la regulación de las acciones de la insulina provienen de estudios realizados con PTPs citosólicas, principalmente con la PTP-1B y SHP2. PTP-1B

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DIABETES MELLITUS no únicamente disminuye la señal de la insulina cuando ésta es sobre expresada, sino también se asocia al IR en células intactas, lo que sugiere que puede funcionar como un regulador de las acciones de la insulina in vivo. De manera interesante, la eliminación del gen de PTP-1B en ratones (ratones "knockout") muestra un aumento en la sensibilidad a la insulina relacionado a un incremento en el estado de fosforilación en residuos de Tyr del receptor. Adicionalmente, se ha observado que la desfosforilación del IR por esta fosfatasa induce una disminución en la incorporación de glucosa en tejido muscular y adiposo y alteraciones a nivel metabólico. De esta forma, la inhibición de la PTP1B resulta ser un atractivo blanco para el diseño de drogas que incrementen la sensibilidad a la insulina (11). Otra PTP citoplásmica de interés es SHP-2, la cual contiene dos dominios SH2 que le permiten asociarse a diferentes proteínas durante la señalización de la insulina. Sin embargo, el papel de SHP-2 en la regulación de las acciones de la insulina parece ser diferente en comparación con PTP-1B, ya que diferentes estudios han dado evidencia de que SHP-2 puede tener efectos reguladores positivos y negativos en las acciones de la insulina. En el caso de los efectos negativos, se ha encontrado que SHP-2 se une al IR y a la proteína IRS-1 y que esta unión lleva a la inactivación por desfosforilación de ambas proteínas. Sin embargo, también existen evidencias que involucran a SHP-2 como un regulador positivo en la vía de Ras/MAPK. Estos resultados dan evidencia de la necesidad de más estudios sobre el papel de las PTPs como reguladores de las acciones de la insulina (11). Fosforilación en residuos de Ser/ Thr. La fosforilación en residuos de Ser/Thr ocurre en respuesta a la insulina como un mecanismo que modula su señalización intracelular. Existe evidencia de que un aumento en la fosforilación del IR en residuos de Ser/Thr altera su autofosforilación en respuesta a la insulina. Diversos estudios han demostrado la participación de la PKC como cinasa clave en la regulación de la actividad del IR, ya que media su fosforilación en las regiones yuxtamembranal (residuos Ser967 y Ser968) y Ser103 y carboxilo terminal (residuos Ser1288, Ser1305, Ser1306, Ser1321, Ser1327 y Thr1348) . Aunque no es claro el papel de la fosforilación de cada uno de estos residuos en el estado de autosfosforilación del IR o en su actividad de cinasa, varios de estos sitios se encuentran en cercana proximidad a los sitios de autofosforilación del IR o se encuentran dentro del sitio catalítico y podrían, por tanto, alterar la conformación del IR o el acceso a residuos de Tyr clave en su activación (13,15). (figura 4.7)

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DIABETES MELLITUS FIG.4.7 MECANISMO DE REGULACION A NIVEL DEL IR

FUENTE: Articulo2-BASES20MOLECULARES20INSULINA.pdf

b) Regulación a nivel del IRS

Fosforilación en residuos de Ser/Thr. Después del estímulo con insulina, el IRS1 se fosforila de manera notable, no únicamente en residuos de Tyr sino también en residuos de Ser/Thr. De un total de 232 residuos de Ser/ Thr presentes en IRS-1, a la fecha se han identificado alrededor de 70 residuos como sitios potenciales de fosforilación para diferentes cinasas (conocidas como cinasas de IRS). Actualmente se sabe que, en la mayoría de los casos, la fosforilación de estos residuos está implicada en mecanismos de atenuación de la señal de insulina que desacopla la unión del IRS de proteínas efectoras de la vía de insulina como lo es la PI3K (13, 14). La fosforilación en residuos de Ser/ Thr de IRS puede llevarlo a: a) desacoplarse del IR lo que altera su capacidad de experimentar fosforilación en residuos de Tyr; b) su disociación de complejos intracelulares que lo mantienen en cercanía con el IR; c) su degradación o bien, d) convertirlas en proteínas inhibidoras de la actividad de cinasa del IR (13, 14). Estudios recientes han identificado varios residuos de Ser/Thr como blancos potenciales de fosforilación de cinasas de IRS que afectan su activación. Entre

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DIABETES MELLITUS ellos se encuentran la Ser307, fosforilada por la cinasa del N-terminal de c-Jun (JNK) y por mTOR; la Ser794, fosforilada por la cinasa inducible por sal-2 (SIK2); la Ser616, fosforilada por ERK y mTOR; la Ser636, fosforilada por ERK y mTOR/S6K1; la Ser323 fosforilada por PKCζ, y la Ser1101, fosforilada por PKCθ. En todos los casos, la insulina lleva a la activación de las cinasas mencionadas, resultando en la disminución de la señalización (7, 12- 14). Modulación por interacción con proteínas SOCS. Recientemente se ha demostrado que la familia de proteínas supresoras de proteínas de señalización de citocinas (SOCS) juega un papel importante en regular negativamente la activación del IRS, ya sea por interacciones directas o indirectas. Se ha demostrado que su expresión es inducida por el tratamiento con la insulina en varios tejidos y líneas celulares. Cuando se induce la síntesis de las proteínas SOCS estas son capaces de asociarse con las proteínas IRS, alterando su estructura y su unión tanto al IR como a proteínas efectoras como lo es la PI3K. Además, se ha observado que la asociación de SOCS con IRS promueve su degradación y disminución en el número de celulas (16).

c) Mecanismos de regulación río abajo de IRS

Las fosfatasas de lípidos que desfosforilan los productos de la activación de PI3K están involucradas en la regulación de la vía de insulina río abajo de IRS. Entre estas se encuentran SHIP-2 (inositol fosfatasa con dominio SH2), y PTEN (fosfatasa y homólogo de tensina removido en el cromosoma 10), proteínas fosfatasas que inducen la desfosforilación del PIP3 en las posiciones 5' y 3', respectivamente, generando fosfatidilinositol 3,4 bisfosfato, y fosfatidilinositol 4,5 bisfosfato. Al parecer, estas desfosforilaciones en los lípidos de la membrana tienen efectos biológicos diferentes. Por ejemplo, PTEN parece funcionar como supresor de tumores ya que se ha observado que mutaciones en esta enzima llevan a síndromes neoplásicos sin tener efectos metabólicos. Sin embargo, en el ratón "knockout" de SHIP-2 hay un incremento en la sensibilidad a la insulina debido a un aumento en la producción de PIP3 y por la tanto a un aumento en la actividad de proteínas río abajo de PI3K involucradas en procesos relacionados con el trasporte de glucosa (17)(figura 4.8)

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DIABETES MELLITUS FIG.4.8

Cascada de señalización que media la acción insulina

Fuente: Carlos Olimpo Mendivil Anaya, Iván Darío Sierra Ariza ACCIÓN INSULÍNICA Y RESISTENCIA A LA INSULINA: ASPECTOS MOLECULARES 2019 disponible em: ACCIONINSULINAYRESISTENCIA.pdf

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DIABETES MELLITUS

CAPÍTULO 04 -------------------------------------

MECANISMO DE ACCION DE LA INSULINA -------------------------------------

EFECTO DE LA INSULINA EN CELULAS DIANA ACTIVACIÓN DE GLUT EN EL TRANSPORTE DE LA GLUCOSA SÍNTESIS DE PROTEÍNAS, LÍPIDOS Y DE GLUCÓGENO

INTRODUCCION La glucosa es el combustible primario para todos los tejidos del cuerpo. El cerebro usa en torno al 25% de la glucosa total. Sin embargo, debido a que el cerebro almacena muy poca glucosa, siempre tiene que haber un abastecimiento constante y controlado de glucosa disponible en la corriente sanguínea. El objetivo es mantener al cerebro funcionando adecuadamente.

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DIABETES MELLITUS

CAPÍTULO IV MECANISMO DE ACCIÓN DE LA INSULINA

4.1

EFECTO DE LA INSULINA EN LAS CÉLULAS DIANA

Para que la insulina inicie sus efectos en las células efectoras, esta debe unirse primero y activar a la proteína receptora de la membrana. Este receptor activado, y no solamente la insulina, es el que desencadena los efectos posteriores. El efecto neto es la activación de algunas enzimas, como es la tirosina cinasa, y la inactivación de otras. Por este mecanismo, la insulina dirige la maquinaria metabólica intracelular para provocar los efectos deseados sobre el metabolismo de los hidratos de carbono, los lípidos y las proteínas.

Los principales efectos finales de la estimulación insulínica son los siguientes:



Efecto de la insulina sobre el metabolismo de los hidratos de carbono: Inmediatamente después de consumir un alimento rico en carbohidratos, la glucosa absorbida hacia la sangre induce una secreción rápida de insulina, a su vez la esta provoca la captación rápida, el almacenamiento y el aprovechamiento de la glucosa por casi todos los tejidos del organismo, pero sobre todo por los músculos, el tejido adiposo y el hígado.

La insulina favorece la captación y el metabolismo musculares de la glucosa. La energía usada por el tejido muscular no depende de la glucosa, sino de los ácidos grasos, debido a que la cantidad de insulina secretada entre las comidas es demasiada escasa para propiciar una entrada importante de glucosa dentro de las células musculares. Sin embargo, existen dos situaciones en las que el músculo consume mucha glucosa. Una de ellas es el ejercicio moderado e intenso. Para esta utilización no se necesita grandes cantidades de insulina, porque la contracción muscular aumenta la translocación del transportador de glucosa 4 (GLUT-4) desde los depósitos intracelulares a la membrana celular. El segundo estado en el que el músculo consume mucha glucosa son las horas siguientes a las comidas. En esta fase la concentración sanguínea de glucosa se eleva y el páncreas secreta mucha insulina. Esta insulina “extra” induce un

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DIABETES MELLITUS transporte rápido de la glucosa al miocito. Por tanto, este utiliza glucosa en lugar de ácidos grasos (20).

Si el músculo no se ejercita después de una comida, pero la glucosa se transporta en abundancia a su interior, la mayor parte de ella se depositará como glucógeno muscular y no se empleará como sustrato energético. Este glucógeno es útil para los periodos cortos de utilización intensa de energía por el músculo o incluso para los instantes de máxima energía anaerobia. Uno de los efectos más importantes de la insulina es el depósito rápido de glucógeno en el hígado a partir de casi toda la glucosa absorbida después de una comida. Cuando ya no se dispone de alimento y la glucemia empieza a descender, la secreción de insulina disminuye con rapidez y el glucógeno, que se libera otra vez a la sangre para evitar que la glucemia descienda demasiado. El mecanismo por el cual la insulina facilita la captación y depósito de glucosa en el hígado comprende etapas simultáneas:

La insulina inactiva la fosforilasa hepática (enzima encargada de degradar el glucógeno hepático a glucosa), esta inactivación impide la degradación del glucógeno ya almacenado por los hepatocitos.

También, la insulina aumenta la captación de la glucosa sanguínea por el hepatocito mediante el incremento de la actividad de la enzima glucocinasa (enzima que causa la fosforilación inicial de la glucosa tras su difusión en el hepatocito). Asimismo, la insulina fomenta la actividad de las enzimas favorecedoras de la síntesis de glucógeno sintetasa, responsable de la polimerización de los monosacáridos para formar moléculas de glucógeno. El efecto de todas estas accionas es el incremento de glucógeno hepático.

Cuando la cantidad de glucosa que entra al hepatocito es superior a la que se puede depositar como glucógeno o utilizar para su metabolismo local en el hígado, la insulina favorece la conversión de todo este exceso de glucosa en ácidos grasos. La insulina, además, inhibe la gluconeogenia. Para ello, reduce la cantidad y la actividad de las enzimas hepáticas para este proceso.

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DIABETES MELLITUS 

Efecto de la insulina sobre el metabolismo de las grasas: La insulina ejerce diversos efectos que inducen el depósito de lípidos en el tejido adiposo. La

insulina actúa para promover el almacenamiento de las grasas al incrementar el transporte de la glucosa hacia el interior de los adipocitos. También facilita la síntesis de triglicéridos a partir de la glucosa en los adipocitos e inhibe la degradación intracelular de los triglicéridos almacenados (21).

En primer lugar, aumenta la utilización de glucosa en casi todos los tejidos orgánicos y reduce automáticamente la utilización de la grasa. No obstante, la insulina también fomenta la síntesis de ácidos grasos. Gran parte de esta síntesis tiene lugar en los hepatocitos; luego los ácidos grasos son transportados desde el hígado por las lipoproteínas de la sangre a las células adiposas, donde se almacenan.

Los factores que incrementan la síntesis de ácidos grasos en el hígado son:

1. La insulina acelera el transporte de glucosa a los hepatocitos. Cuando la concentración de hepática del glucógeno alcanza el 5 al 6%, esta misma concentración inhibe la nueva síntesis del glucógeno. A continuación, toda la glucosa adicional que ingresa en el hepatocito está disponible para la síntesis de grasas.

2. Casi todos los ácidos grasos se sintetizan en el hígado y se emplean para formar triglicéridos. La insulina activa a la lipoproteína lipasa de las paredes capilares del tejido adiposo, que desdobla de nuevo los triglicéridos a ácidos grasos, requisito imprescindible para su absorción en las células adiposas, donde se transforman otra vez en triglicéridos y se almacenan.

La insulina ejerce otros dos efectos importantes necesarios para que la grasa se deposite en las células adiposas: La insulina inhibe la acción de la lipasa sensible a esta hormona. La lipasa es la enzima que hidroliza a los triglicéridos ya depositados en las células adiposas, Así pues, inhibe la liberación de ácidos grasos del tejido adiposo hacia la sangre circulante.

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DIABETES MELLITUS Fomenta, también, el transporte de glucosa a las células adiposas a través de la membrana celular, al igual que ocurre en los miocitos. Parte de la glucosa se emplea después para la síntesis de diminutas cantidades de ácidos grasos, pero lo que es más importante, también se forman grandes cantidades de α-glicerol fosfato. Este suministra glicerol el cual se une a los ácidos grasos para formar triglicéridos, forma que adoptan los depósitos de grasa en las células adiposas. Así pues, cuando falta insulina, el depósito de grandes cantidades de ácidos grasos transportados desde el hígado con las lipoproteínas queda bloqueado. 

Efecto de la insulina sobre el mantenimiento de las proteínas y el crecimiento

En las horas que siguen a una comida, si la sangre circulante contiene un exceso de nutrientes, se depositarán en los tejidos hidratos de carbono, grasas y proteínas; para ello precisa la insulina.

1. La insulina estimula el transporte de muchos aminoácidos al interior de las células. Entre ellos tenemos la valina, la leucina, la isoleucina y la fenilalanina. Asimismo, la insulina comparte con la hormona de crecimiento la capacidad de incrementar la entrada de aminoácidos a la célula.

2. La insulina aumenta la traducción del ARN mensajero, es decir, la síntesis de nuevas proteínas. Cuando falta insulina, los ribosomas dejan de trabajar, por lo que se considera a la insulina como un mecanismo de encendido y apagado.

3. Durante un período aún más largo, la insulina acelera la transcripción de determinadas secuencias genéticas del ADN de los núcleos celulares, haciendo que se formen mayores cantidades de ARN y prosiga la síntesis de proteínas.

4. La insulina inhibe el catabolismo de las proteínas, por lo que amortigua la velocidad de liberación de los aminoácidos de las células, sobre todo las musculares.

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DIABETES MELLITUS 5. Dentro del hígado, la insulina disminuye el ritmo de la gluconeogenia. En consecuencia, reduce la actividad de las enzimas neoglucogénicas. Como los sustratos más utilizados para la síntesis de glucosa mediante gluconeogenia son los aminoácidos del plasma, la supresión de la gluconeogenia hace que estos se conserven para su depósito corporal en forma de proteínas.

La insulina se necesita para la síntesis de proteínas y, por tanto, resulta tan esencial para el crecimiento. La administración de la hormona de crecimiento o de la insulina apenas favorece el crecimiento, Sin embargo, la combinación de ambas induce un crecimiento favorable. Ambas hormonas operan de manera sinérgica en la promoción del crecimiento y que cada una cumple una función especial diferente de la otra. La necesidad conjunta de ambas hormonas fomenta la entrada de distintos aminoácidos en la célula, todos ellos indispensables para el crecimiento (20).

Fig. 5.1 Efectos principales finales de la estimulación insulínica

Fuente. John E. Hall. Guyton y Hall. Tratado de Fisiología Médica.

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DIABETES MELLITUS 4.2 ACTIVACIÓN DE GLUT EN EL TRANSPORTE DE LA GLUCOSA

Los transportadores GLUT que actúan por difusión facilitada, están distribuidos diferencialmente en los tejidos corporales y están encargados del ingreso de los monosacáridos a todas las células del organismo. Se han identificado trece de ellos, enumerados desde GLUT 1 hasta GLUT 14 (22). Durante los últimos 4 años se han identificado nuevos genes que codifican proteínas transportadoras tipo TDFH para la glucosa pertenecen a la familia SLC2A (del inglés SoLute Carrier 2A). Sobre la base de la homología de la secuencia primaria, la familia de los Glut´s se puede dividir en tres subfamilias:

a. Familia de la Clase I: Que se encuentra formada por los Glut´s 1, 2, 3 y 4. b. Familia de la Clase II: Constituida por los Glut´s 5,7,9 y 11 c. Familia de la Clase III: Formada por los Glut´s 6, 8, 10, 12, el Glut-13 ó transportador para mioinositol (HMIT -1) y el Glut14 (23).

Los GLUT presentan una conformación proteica similar; son glicoproteínas de 45 a 55 kDa (22), con doce dominios transmembranales en estructura α hélice. Los extremos N y C terminales, al igual que una gran asa central, se localizan en el citoplasma. Además, presentan un sitio de glicosilación en la región externa de la membrana. Cada una de las diferentes isoformas de los GLUT tiene ubicación y características cinéticas propias, adaptadas a las necesidades metabólicas de los distintos tejidos del organismo. Al parecer los segmentos transmembranales 3, 5, 7 y 11 son hidrofílicos en una cara del cilindro α hélice e hidrofóbicos en la otra, por lo que forman un poro y, de esta manera, permiten el paso del monosacárido a favor de un gradiente de concentración (24). Para que se efectúe el ingreso de la glucosa, se deben formar previamente uniones débiles (tipo puentes de hidrógeno) entre los grupos hidroxilo y carbamino del GLUT y los grupos hidroxilo de la glucosa (25). La glucosa ingresa a la célula en cuatro etapas:

1) Se une al transportador en la cara externa de la membrana 2) El transportador cambia de conformación y la glucosa y su sitio de unión quedan localizados en la cara interna de la membrana 3) El transportador libera la glucosa al citoplasma 4) El transportador libre cambia nuevamente de conformación, expone el sitio de unión a la glucosa en la cara externa y retorna a su estado inicial (26).

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DIABETES MELLITUS La acción de la insulina, al menos para el transporte de glucosa, depende de la activación de la fosfatidilinositol-3-cinasa (P13K), que es activada por interacción con proteínas IRS y genera fosfatidilinositol 3,4,5-trifosfato (PIP3) que regula la ubicación de actividad de varias cinasas, lo que incluye Akt, isoformas atípicas de la proteína cinasa C y la rapamicina en mamíferos (mTOR) (Huang y Czech, 2007). La isoforma Akt2 parece controlar pasos importantes en la captación de glucosa en músculo estriado y tejido adiposo y regula la producción de glucosa en el hígado. Los sustratos de Akt2 coordinan la translocación del transportador 4 de glucosa (GLUT4) a la membrana plasmática a través de un proceso en el que participan la remodelación de actina y otros sistemas de tráfico de membrana (Zaid et al..2008). Pese a la participación fundamental de PI3K/Akt2 para mediar la señalización de insulina en los tejidos efectores, tal vez existan efectos adicionales mediados por receptores de insulina en los que no participan estas enzimas de manera directa. Las acciones de proteínas G pequeñas, como Rac y TC10 se han implicado en la remodelación de actina necesaria para la translocación de GLUT4 (27). GLUT4 se expresa en los tejidos que responden a la insulina, como músculo estriado y tejido adiposo, los cuales constituyen sitios importantes para la captación de glucosa después del consumo de alimentos. GLUT4 pertenece a una familia de transportadores 13 de glucosa en seres humanos, que comparten 12 dominios de membrana. GLUT4 sobresale entre estos transportadores como el más dependiente de estímulos aislados por insulina o por otros efectores; en estado basal, la mayor parte de GLUT4 se encuentra en el espacio intracelular; después de la activación de receptores de insulina, GLUT4 se desplaza con rapidez y en abundancia a la membrana plasmática, donde facilita el transporte de glucosa de la circulación hacia el interior de la célula. La señalización de insulina también reduce la endocitosis de GLUT4 al incrementar el tiempo de permanencia de la proteína en la membrana plasmática (27).

Después de la difusión facilitada al interior de las células siguiendo un gradiente de concentración, la glucosa sufre fosforilación por acción de la glucosa-6-fosfato (G6PD) por una familia de hexocinasas. La hexocinasa II se encuentra en asociación con GLUT4 en musculo estriado y cardiaco; y en tejido adiposo. Al igual que GLUT4, la hexocinasa II es regulada por la insulina a través de la transcripción. G-6-P es un sustrato que puede entrar a varias vías. Puede ser isomerizado a G-1-P por acción de la fosfoglucomutasa y más tarde se almacena como glucógeno (la insulina incrementa la actividad de la glucógeno sintasa); G6DP puede entrar a la vía glucolítica (lo que da origen a la producción de ATP); G-6-P también puede entrar a la vía pentosa fosfato (27).

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DIABETES MELLITUS Fig. 5.2 Activación del Glut en el transporte de la glucosa

Fuente: Salazar Adriana. Sandoval Ana. Armendariz Juan. Biología Molecular: Fundamentos y aplicaciones en las ciencias de la salud.

4.3 SÍNTESIS DE PROTEÍNAS, LÍPIDOS Y DE GLUCÓGENO.

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Regulación del metabolismo hepático del glucógeno por insulina y glucagón

La insulina y el glucagón regulan el metabolismo hepático del glucógeno a través de cambios en el estado de fosforilación de la glucógeno fosforilasa en la vía degradativa y de la glucógeno sintasa de la vía biosintética. Estas enzimas catalizan los pasos regulatorios de cada vía (que son reacciones alejadas del equilibrio). En el ayuno, el incremento del glucagón y la disminución de insulina inician una cascada de fosforilación dependiente de AMP-cíclico que resulta en la fosforilación y activación de la glucógeno fosforilasa y en la fosforilación e inactivación de la glucógeno sintasa. Como consecuencia el glucógeno se degrada. El glucagón regula el metabolismo del glucógeno a través de su segundo mensajero, el AMP-cíclico y de la proteína quinasa A. Luego de su unión a un receptor de membrana, la transmisión de su señal vía la proteína Gs produce la activación del adenilato ciclasa causando un aumento en los niveles de AMP-cíclico. El AMPc se une a las subunidades regulatorias de la proteína quinasa A y como consecuencia éstas se disocian de las subunidades catalíticas. Las subunidades catalíticas de la PKA se activan por la disociación y fosforilan a la enzima

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DIABETES MELLITUS fosforilasa quinasa. Esta enzima es también una proteína quinasa que convierte la forma hepática inactiva de la glucógeno fosforilasa b en la forma activa glucógeno fosforilasa a por transferencia de un fosfato del ATP a residuos de serina específicos de la enzima. Como resultado de la activación de la glucógeno fosforilasa se estimula la glucogenólisis. Simultáneamente se inhibe la síntesis de glucógeno. La glucógeno sintasa también es fosforilada por la proteína quinasa A, pero esta fosforilación la transforma en una forma menos activa, la glucógeno sintasa b. La glucógeno sintasa es mucho más compleja que la fosforilasa. Presenta múltiples sitios para su fosforilación y es sustrato de diferentes quinasas. La fosforilación catalizada por la proteína quinasa A no produce la inactivación de la sintasa, sino que facilita la adición sucesiva de grupos fosfato por otras quinasas, lo que lleva a su inactivación. Ente las enzimas que fosforilan a la glucógeno sintasa se cuentan las quinasas sensibles a Ca2+ como la fosforilasa quinasa, la calcio-calmodulina quinasa y la proteína quinasa C y otras, como la glucógeno sintasa quinasa 3, la caseína quinasa I y la caseína quinasa II que no son regulables ni por AMPc ni por Ca2+. Cuando una enzima modifica su actividad como consecuencia de múltiples fosforilaciones se dice que se trata de una "fosforilación jerárquica o sinergística" donde la fosforilación en un sitio expone otro sitio más reactivo y fácil de fosforilar por una proteína quinasa diferente. El glucagón inhibe la glucólisis actuando a nivel de la 6-fosfofructo-1-quinasa (FFK1) y del piruvato quinasa (PK) según lo explicado en la clase correspondiente. El resultado neto de los efectos del glucagón, todos mediados por su segundo mensajero AMPc y por modificación covalente es el muy rápido aumento de la glucemia. No se llega a la hiperglucemia porque la liberación de glucagón del páncreas disminuye al aumentar la glucemia. Regulación de las proteínas fosfatasas Simultáneamente con la activación de la proteína quinasa A y de la fosforilasa quinasa, se inhiben las proteínas fosfatasas que hidrolizan fosfatos unidos a serina u otros aminoácidos de las enzimas. La proteína fosfatasa-1 hepática (PP-1 hepática), una de las principales proteínas fosfatasas involucradas en el metabolismo del glucógeno, remueve grupos fosfato de la fosforilasa quinasa, de la glucógeno fosforilasa y de la glucógeno sintasa. En condiciones normales, la PP-1 está asociada con una subunidad (G) que interacciona con la partícula de glucógeno formando el heterodímero PP-1G que tiene una afinidad muy alta por el glucógeno. La concentración de la forma libre es muy baja. Durante el ayuno, el glucagón desencadena la inactivación de la PP-1 hepática por fosforilación, por disociación de la partícula de glucógeno y por la unión a una proteína inhibitoria, denominada inhibidor-1. En forma opuesta, la insulina activa indirectamente de su receptor. La fosforilación en sitios específicos de la subunidad G de la PP-1G produce respuestas apropiadas a la adrenalina y al Ca2+ por un lado (glucogenólisis) y a la insulina por el otro (glucogénesis). En el músculo

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DIABETES MELLITUS esquelético la PP-1G es fosforilada por la proteína quinasa A en el sitio 2 o por la proteína quinasa estimulada por insulina en el sitio 1. La fosforilación en el sitio 1 (insulina) refuerza la interacción de PP-1 con el glucógeno y por lo tanto lleva a la desfosforilación de la glucógeno sintasa y de la fosforilasa quinasa. En consecuencia, se incrementa la actividad de la sintasa y se inhibe la de la quinasa. Por otra parte, el efecto de la adrenalina es causar la fosforilación en el sitio 2, reduciendo la estabilidad del dímero PP-1G y liberando la subunidad catalítica al citosol, donde se asocia con la proteína inhibitoria 1. La subunidad regulatoria G permanece asociada con el glucógeno. Al inhibirse la actividad de fosfatasa, predomina la fosforilación, vía PKA, de las enzimas que metabolizan al glucógeno, por lo que se inhibe la glucógeno sintasa y se activa la fosforilasa quinasa. Los mecanismos que controlan la actividad de la PP-1 en el hígado y en el músculo son diferentes. En el hígado, la actividad de la subunidad GL no se regula por fosforilación. La inhibición de la actividad de fosfatasa se debe al efecto alostérico de la unión de la fosforilasa (en su forma fosforilada). Insulina y el metabolismo hepático del glucógeno La insulina tiene un efecto antagónico al del glucagón en la síntesis y degradación del glucógeno. Los niveles de glucosa en la sangre controlan la secreción de insulina y de glucagón. La glucosa estimula la liberación de insulina y reprime la de glucagón. Luego de una dieta rica en glúcidos aumenta la liberación de insulina y disminuye la de glucagón. Sin embargo, en los ciclos de ayuno-saciedad, la variación en los niveles de insulina en sangre es más marcada que los de glucagón. Por lo tanto, la insulina se considera el principal regulador de la síntesis y degradación del glucógeno. Además de la activación de la PP-1 hepática por la cascada de fosforilación desencadenada por la actividad tirosina quinasa del receptor de insulina, la hormona puede activar a la fosfodiesterasa que convierte AMPc en AMP, disminuyendo por lo tanto los niveles de AMPc. Independientemente de los mecanismos involucrados, la insulina es capaz de revertir los efectos del glucagón y es el regulador hormonal más importante de la glucemia.

Mecanismo de acción de la insulina El receptor de insulina pertenece a la familia de receptores con actividad enzimática. En particular, la unión de la insulina con su receptor dimétrico induce un cambio conformacional en el mismo que produce la estimulación de la actividad de tirosina quinasa de los dominios citosólicos del receptor y la fosforilación cruzada de ambos en múltiples residuos de tirosina. La autofosforilación incrementa la actividad de quinasa y crea sitios de unión de alta afinidad para diferentes proteínas de señalización. Esto es seguido por la fosforilación de sustratos del receptor de insulina (IRS). Hasta el momento se han identificado 4 IRS (IRS1 a IRS4), que se unen directamente a la región fosforilada

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DIABETES MELLITUS en tirosina del receptor de insulina que está más cerca de la membrana, lo que ocasiona su fosforilación en tirosina en diferentes sitios. La subunidad regulatoria p85 del fosfatidilinositol 3-quinasa (PI-3 quinasa) se une entonces al IRS fosforilado. Esta quinasa fosforila principalmente a fosfolípidos con inositol en la posición 3 del anillo de inositol. Estos lípidos fosforilados sirven de sitios de anclaje para diferentes quinasas de serina/treonina que se asocian con la membrana plasmática. Entre estas quinasas se encuentra la proteína quinasa B (PKB o también llamada Akt) que es fosforilada en este proceso. La PKB activada retorna al citoplasma y fosforila diferentes sustratos. Entre ellos, la glucógeno sintasa quinasa (GSK-3 ) es fosforilada e inactivada por la PKB. La inactivación de la GSK-3 reduce la fosforilación de la glucógeno sintasa. Por sí solo, esto no es suficiente para iniciar la síntesis de glucógeno. Para que esto ocurra es también necesario remover los grupos fosfato de la glucógeno sintasa por activación de la proteína fosfatasa-1 (PP-1) como ya se ha descripto. (29)

Glucemia y Síntesis y degradación del glucógeno Cuando se ingieren glúcidos, la degradación del glucógeno se frena inmediatamente. Aunque los cambios en los niveles de insulina y glucagón son relativamente rápidos (1015 minutos) el efecto inhibitorio directo del aumento de la glucemia en la degradación del glucógeno es aún más rápido. La glucosa inhibe alostérica mente a la glucógeno fosforilasa a hepática. Su unión a esta enzima la hace mejor sustrato para las proteínas fosfatasas, estimulándose su desfosforilación e inactivación. Se ha propuesto que la fosforilasa a actúa como un receptor de glucosa en el hígado y que su unión produce como consecuencia la inhibición de la glucogenólisis. También hay evidencias de que la fosforilasa a (mientras está fosforilada) inhibe la desfosforilación de la glucógeno sintasa b por las proteínas fosfatasas. Por lo tanto, la glucosa produce la inactivación de la fosforilasa a, la activación de la glucógeno sintasa y en suma el predominio de la síntesis de glucógeno en el hígado. Esto ocurre porque la concentración de glucosa en las células hepáticas refleja muy cercanamente los valores de glucemia. Esto no es cierto para los tejidos extrahepáticos. Las células del hígado tienen sistemas de transporte de glucosa de alta capacidad y una enzima de alto Km para su fosforilación. Las células de los tejidos extrahepáticos tienen en general sistemas de transporte de baja capacidad y una enzima de bajo Km para su fosforilación lo que mantiene baja la concentración de glucosa en estos tejidos. Mientras aumentan los niveles de insulina y disminuyen los de glucagón, el AMPc disminuye y la proteína quinasa A se reasocia con sus subunidades inhibitorias y se hace inactiva. Las proteínas fosfatasas se activan y la fosforilasa a y la glucógeno sintasa se de fosforilan. El resultado general de estos

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DIABETES MELLITUS efectos es una rápida inhibición de la degradación del glucógeno y una rápida activación de su síntesis. (27)

Adrenalina y calcio en la regulación del glucógeno hepático La adrenalina, la hormona del estrés (en los animales prepara al organismo para el combate o la huida), se libera de la médula adrenal en respuesta a señales neurales que reflejan un incremento en la demanda de glucosa. Para escapar de una situación peligrosa, el músculo esquelético utiliza cantidades crecientes de glucosa sanguínea para generar ATP. Como resultado, la glucogenólisis hepática debe estimularse. Por un lado, la adrenalina estimula la liberación de glucagón de las células del páncreas. Por otra parte, actuando sobre receptores -adrenérgicos de las células hepáticas, produce la activación del adenilato ciclasa (vía proteína Gs) que aumenta los niveles de AMPc y activa a la proteína quinasa A. Por lo tanto, la regulación por adrenalina y glucagón en el hígado es similar. La membrana plasmática de los hepatocitos presenta otro tipo de receptores, los - adrenérgicos. La unión de la adrenalina a estos receptores activa la glucogenólisis e inhibe la síntesis de glucógeno principalmente por el incremento en los niveles de Ca2+. Los efectos de la adrenalina en este tipo de receptor son mediados por el sistema de transducción de señales del fosfatidil inositol bis fosfato (PIP2)-Ca2+. La señal se transfiere del receptor de adrenalina a una fosfolipasa C unida a membrana mediante proteínas G. La fosfolipasa C hidroliza al PIP2 formando diacilglicerol (DAG) e inositol trifosfato (IP3). Este último estimula la liberación del Ca2+ del retículo endoplásmico. El Ca2+ y el DAG activan a la proteína quinasa C. La cantidad de calcio unido a una de las proteínas ligadoras de calcio, la calmodulina, también se incrementa. La calmodulina-Ca2+ se asocia como subunidad con distintas enzimas y modifica sus actividades. Entre ellas, se une a la fosforilasa quinasa produciendo su activación parcial (la enzima completamente activada tiene unido calcio-calmodulina y está fosforilada). La fosforilasa quinasa fosforila a la glucógeno fosforilasa b, activando entonces la degradación de glucógeno. Calmodulina-Ca2+ también activa a una de las quinasas de la glucógeno sintasa (calcio-calmodulina quinasa). La proteína quinasa C, la calciocalmodulina quinasa y la fosforilasa quinasa fosforilan a la glucógeno sintasa en diferentes residuos de serina, produciendo la inhibición de la enzima y por lo tanto de la síntesis de glucógeno. El efecto de la adrenalina en el hígado, por lo tanto, aumenta o es sinergístico con los efectos del glucagón. La adrenalina liberada durante picos de hipoglucemia o durante el ejercicio puede estimular la glucogenólisis hepática e inhibir la síntesis de glucógeno rápidamente. (27) y (28)

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DIABETES MELLITUS Regulación del metabolismo del glucógeno en el músculo esquelético La regulación de la glucogenólisis en el músculo esquelético se relaciona con la disponibilidad de ATP para la contracción muscular. La degradación del glucógeno muscular produce glucosa 1-fosfato y una pequeña cantidad de glucosa libre. La glucosa 1-fosfato se convierte a glucosa 6-fosfato, que se utiliza en la vía glucolítica. La ausencia de glucosa 6-fosfatasa en el músculo esquelético evita la liberación de glucosa a partir del glucógeno. El glucógeno muscular se degrada sólo cuando la demanda de ATP de la glucólisis es alta. La demanda más importante ocurre durante la glucólisis anaeróbica, que requiere más moles de glucosa por cada ATP producido que la oxidación de la glucosa a CO2. La glucólisis anaeróbica ocurre en tejidos que tienen pocas mitocondrias. Estos tejidos poseen a su vez un alto contenido en enzimas glucolíticas y mayores niveles de glucógeno. La glucólisis anaeróbica ocurre más frecuentemente al principio del ejercicio, antes de que la vasodilatación permita la llegada de más combustibles por la sangre. La regulación de la degradación del glucógeno en el músculo debe responder entonces muy rápido a la necesidad de ATP, lo que es indicado por el incremento en los niveles de AMP. La adrenalina estimula la glucogenólisis muscular actuando a través de receptores de tipo mediante los mecanismos ya descriptos para la regulación del metabolismo del glucógeno hepático. Por otra parte, la glucólisis muscular no se inhibe cuando se incrementa el AMPc. Por lo tanto, el efecto de la adrenalina en el músculo es producir más sustrato para la glucólisis. El ATP generado se utilizará para enfrentar la demanda metabólica impuesta al músculo esquelético por el estrés que determinó la liberación de adrenalina. La excitación nerviosa de la actividad muscular está mediada por cambios en la concentración intracelular de Ca2+. El impulso nervioso produce la despolarización de la membrana ocasionando la liberación del ión del retículo sarcoplásmico. Esta liberación es la que lleva a la contracción muscular, mientras que la Re acumulación de Ca2+ por el retículo causa la relajación. La misma variación en la concentración de Ca2+ que es efectiva para producir la contracción muscular (de 10-8 a 10-6 M) también afecta la actividad de la fosforilasa quinasa. La activación de esta enzima lleva a la activación de la glucógeno fosforilasa y posiblemente a la inactivación de la glucógeno sintasa. El resultado es que más glucógeno se degrada para proveer ATP para la contracción muscular. La insulina aumenta la utilización de glucosa, en parte promoviendo la glucogénesis e inhibiendo la glucogenólisis en el músculo e hígado. La estimulación del transporte de glucosa a nivel de la membrana plasmática es importante en el músculo, aunque no en el hígado. Los hepatocitos tienen un sistema de alta capacidad insensible a insulina, mientras que el músculo tiene un sistema de baja capacidad que requiere de insulina para lograr la

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DIABETES MELLITUS máxima captación de glucosa. La insulina estimula el transporte de glucosa tanto en músculo como en tejido adiposo incrementando el número de transportadores asociados con la membrana plasmática. Esto se logra promoviendo la translocación del transportador de un pool intracelular a la membrana. Por otra parte, la insulina promueve la desfosforilación de las enzimas regulatorias del metabolismo del glucógeno según se explicó anteriormente. La regulación del metabolismo del glucógeno en el músculo difiere de la regulación en el hígado en varios aspectos importantes: a) el glucagon no tiene efecto en el músculo, y por lo tanto los niveles de glucógeno musculares no varían significativamente en los ciclos de ayuno-saciedad, b) el AMP es un activador alostérico de la isoenzima muscular de la glucógeno fosforilasa pero no de la hepática; c) los efectos del Ca2+ en el músculo resultan principalmente de su liberación del retículo sarcoplásmico luego de la estimulación neural y no de su entrada estimulada por adrenalina, d) la glucosa no es un activador fisiológico de la glucógeno sintasa muscular, e) el glucógeno es un retro inhibidor más poderoso de la glucógeno sintasa muscular que de la hepática, resultando en una menor cantidad de glucógeno almacenado por gramo de peso de tejido muscular. Los efectos de la fosforilación dependientes de adrenalina via la proteína quinasa A son similares en hígado y músculo. La fosforilasa muscular es una enzima genéticamente diferente de la hepática. Contiene una zona que presenta un sitio de unión para nucleótidos de purina. Cuando el AMP se une a este sitio, cambia la conformación del sitio catalítico a una estructura muy similar a la de la enzima fosforilada. Por lo tanto, la hidrólisis del ATP a ADP y el consecuente incremento en el AMP generado por el adenilato quinasa durante la contracción muscular puede estimular directamente la glucogenólisis para suministrar combustible a la vía glucolítica. El AMP también estimula la glucólisis activando la fosfofructoquinasa-1, de modo que este efector activa la glucogenólisis y la glucólisis. La activación de la subunidad calciocalmodulina de la fosforilasa quinasa por el Ca2+ liberado del retículo sarcoplásmico durante la contracción muscular también provee un medio rápido para estimular la degradación del glucógeno. Estas diferencias logran la coordinación entre la glucogenólisis muscular con la demanda de ATP, la activación de la glucólisis por AMP y la activación del piruvato deshidrogenasa y las enzimas del ciclo de Krebs por ADP y Ca2+.(28)

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DIABETES MELLITUS

SÍNTESIS DE PROTEINAS Es el proceso por el cual se componen nuevas proteínas a partir de los veinte aminoácidos esenciales. En este proceso, se transcribe el ADN en ARN. La síntesis de proteínas se realiza en los ribosomas situados en el citoplasma celular (28,29). En el proceso de síntesis, los aminoácidos son transportados por ARN de transferencia correspondiente para cada aminoácido hasta el ARN mensajero donde se unen en la posición adecuada para formar las nuevas proteínas (28,29). Al finalizar la síntesis de una proteína, se libera el ARN mensajero y puede volver a ser leído, incluso antes de que la síntesis de una proteína termine, ya puede comenzar la siguiente, por lo cual, el mismo ARN mensajero puede utilizarse por varios ribosomas al mismo tiempo. A continuación, puedes ver más información sobre en qué consiste el proceso de la síntesis de proteínas, cuáles son sus fases y los pasos que se realizan en cada fase de la síntesis de proteínas.(28)

Fig. 5.3 Síntesis de proteínas

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DIABETES MELLITUS Fases de las síntesis de proteínas ●

La realización de la biosíntesis de las proteínas, se divide en las siguientes fases:

●

Fase de activación de los aminoácidos.

Fase de traducción que comprende: 

Inicio de la síntesis proteica.



Elongación de la cadena polipeptídica.



Finalización de la síntesis de proteínas.

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Asociación de cadenas polipeptídicas y, en algunos casos, grupos protésicos para la constitución de las proteínas.

Fase de activación de los aminoácidos: Mediante la enzima aminoacil-ARNtsintetasa y de ATP, los aminoácidos pueden unirse ARN específico de transferencia, dando lugar a un aminoacil-ARNt. En este proceso se libera AMP y fosfato y tras él, se libera la enzima, que vuelve a actuar. Inicio de la síntesis proteica: En esta primera etapa de síntesis de proteínas, el ARN se une a la subunidad menor de los ribosomas, a los que se asocia el aminoacil-ARNt. A este grupo, se une la subunidad ribosómica mayor, con lo que se forma el complejo activo o ribosomal (28,29). Elongación de la cadena polipeptídica: El complejo ribosomal tiene dos centros o puntos de unión. El centro P o centro peptidil y el centro A. El radical amino del

aminoácido iniciado y el radical carboxilo anterior se unen mediante un enlace peptídico y se cataliza esta unión mediante la enzima peptidil-transferasa. Seguidamente se libera el ARNt del ribosoma produciéndose la translocación ribosomal y quedando el dipeptil-ARNt en el centro P. Al finalizar el tercer codón, el tercer aminoacil-ARNt se sitúa en el centro A. A continuación, se forma el tripéptido A y después el ribosoma procede a su segunda translocación. Este proceso puede repetirse muchas veces y depende del número de aminoácidos que intervienen en la síntesis. Finalización de la síntesis de proteínas: En la finalización de la síntesis de proteínas, aparecen los llamados tripletes sin sentido, también conocidos como codones stop. Estos tripletes son tres: UGA, UAG y UAA. No existe ARNt tal que su anticodón sea

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DIABETES MELLITUS complementario. Por ello, la síntesis se interrumpe y esto indica que la cadena polipeptídica ha finalizado. SINTESIS DE LIPIDOS El intestino absorbe los lípidos y son digeridos y metabolizados antes de ser utilizados por el cuerpo. La mayor parte de los lípidos son grasas y moléculas complejas que el cuerpo tiene que descomponer antes de ser las pueda utilizar y se pueda obtener energía de ellas. Absorción de los lípidos: Los ácidos grasos de cadena corta (hasta 12 átomos de carbono) son absorbidos directamente . Los triglicéridos y otras grasas de la dieta son insolubles en el agua lo que dificulta su absorción. Para lograrlo, las grasas son descompuestas en pequeñas partículas que aumentan el área de la superficie expuesta a las enzimas digestivas.

Emulsión de las grasas: Las grasas de la dieta pasan a ser una emulsión descomponiéndose en ácidos grasos. Esto tiene lugar mediante una simple hidrólisis de los enlaces éster en los triglicéridos. Las grasas se descomponen en pequeñas partículas por la acción detergente y la agitación mecánica dentro del estómago. La acción detergente es producida por los jugos digestivos en especial por grasas parcialmente digeridas (ácidos grasos saponificables y monoglicéridos) y las sales biliares. Las sales biliares (tales como el ácido cólico) tienen una parte hidrofóbica

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DIABETES MELLITUS (insoluble en agua) y otra hidrofílica (soluble en agua). Esto permite que se disuelvan en una interfaz óleo-acuosa, en la cual la superficie hidrofóbica está en contacto con el lípido y la superficie hidrofílica entra en contacto con el medio acuoso. Esto se llama acción detergente y emulsificante las grasas dando como resultado micelas mixtas. Las micelas mixtas sirven de vehículo de transporte a las grasas menos hidrofílicas provenientes de la dieta, así como para el colesterol y las vitaminas liposolubles A, D, E y K (28,29).

Digestión de las grasas: Tras la emulsión, las grasas son hidrolizadas o descompuestas por enzimas secretadas por el páncreas. La enzima más importante es la lipasa pancreática. La lipasa pancreática descompone enlaces de tipo éster (del 1er o 3er enlace éster). Esto convierte los triglicéridos en 2-monoglicéridos (2monoacilgliceroles). Menos del 10% de los triglicéridos quedan sin hidrolizar en el intestino. SINTESIS DE LA GLUCOSA También conocido como glucogénesis es una ruta metabólica anabólica que permite la biosíntesis de glucosa a partir de precursores no glucídicos. Incluye la utilización de varios aminoácidos, lactato, piruvato, glicerol y cualquiera de los intermediarios del ciclo de los ácidos tricarboxílicos (o ciclo de Krebs) como fuentes de carbono para la vía metabólica (28). Todos los aminoácidos, excepto la leucina y la lisina, pueden suministrar carbono para la síntesis de glucosa . Los Ácidos grasos de cadena par no proporcionan carbonos para la síntesis de glucosa, pues el resultado de su β-oxidación (Acetil-CoA) no es un sustrato gluconeogénico; mientras que los ácidos grasos de cadena impar proporcionarán un esqueleto de carbonos que derivarán en Acetil-CoA y Succinil-CoA (que sí es un sustrato gluconeogénico por ser un intermediario del ciclo de Krebs). Algunos tejidos, como el cerebro, los eritrocitos, el riñón, la córnea del ojo y el músculo, cuando el individuo realiza actividad extenuante, requieren de un aporte continuo de glucosa, obteniéndola a partir del glucógeno proveniente del hígado, el cual solo puede satisfacer estas necesidades durante 10 a 18 horas como máximo, lo que tarda en agotarse el glucógeno almacenado en el hígado .

Reacciones de la gluconeogénesis Las enzimas que participan en la vía glucolítica participan también en la gluconeogénesis; ambas rutas se diferencian por tres reacciones irreversibles que utilizan enzimas específicas de este proceso y los dos rodeos metabólicos de esta vía (30)

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DIABETES MELLITUS Estas reacciones son: 1. De glucosa-6-fosfato a glucosa. 2. De fructosa-1,6-bisfosfato a fructosa-6-fosfato. 3. De piruvato a fosfoenolpiruvato.

Conversión del piruvato en fosfoenolpiruvato El oxalacetato es

intermediario

en

la

producción

del

fosfoenolpiruvato

en

la

gluconeogénesis. La conversión de piruvato a fosfoenolpiruvato en la gluconeogénesis se lleva a cabo en dos pasos. El primero de ellos es la reacción de piruvato y dióxido de carbono para dar oxalacetato. Este paso requiere energía, la cual queda disponible por hidrólisis de ATP (30). La enzima que cataliza esta reacción es la piruvato carboxilasa, una alostérica que se encuentra en la mitocondria. El acetil-CoA es un efector alostérico que activa el piruvato carboxilasa. Cuando hay más acetil-CoA del necesario para mantener el ciclo del ácido cítrico, el piruvato se dirige a la gluconeogénesis. El ion magnesio y la biotina son necesarios para una catálisis eficaz (30). La biotina, enlazada covalentemente con la enzima, reacciona con el CO2, que se une de manera covalente. Después el CO2 se incorpora al piruvato, formando así oxalacetato. La conversión de oxalacetato a fosfoenolpiruvato la cataliza la enzima fosfoenolpiruvato carboxiquinasa, que se encuentra en la mitocondria y en el citosol. Esta reacción también incluye la hidrólisis de un nucleósido-trifosfato, en este caso el GTP en vez del ATP .

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DIABETES MELLITUS

Conversión de la fructosa-1,6-bisfosfato en fructosa-6-fosfato La reacción de la fosfofructoquinasa 1 de la glucólisis es esencialmente irreversible pero sólo debido a que está impulsada por la transferencia de fosfato del ATP. La reacción que tiene lugar en la gluconeogénesis para evitar este paso consiste en una simple reacción hidrolítica, catalizada por la fructosa-1,6-bisfosfatasa (30). La enzima con múltiples subunidades requiere la presencia de Mg2+ para su actividad y constituye uno de los principales lugares de control que regulan la ruta global de la

gluconeogénesis.

La

fructosa-6-fosfato

formada

en

esta

reacción

experimenta

posteriormente la isomerización a glucosa-6-fosfato por la acción de la fosfoglucoisomerasa (30)

Conversión de la glucosa-6-fosfato en glucosa La glucosa-6-fosfato no puede convertirse en glucosa por la acción inversa de la hexoquinasa o la glucoquinasa; la trasferencia de fosfato desde el ATP hace a la reacción virtualmente irreversible. Otra enzima específica de la gluconeogénesis, la glucosa-6fosfatasa, que también requiere Mg2+, es la que entra en acción en su lugar. Esta reacción de derivación se produce también mediante una simple hidrólisis (30). La glucosa-6-fosfatasa se encuentra fundamentalmente en el retículo endoplásmico del hígado con su lugar activo en la cara luminal (del RE). La importancia de su localización en el hígado es que una función característica del hígado es sintetizar glucosa para exportarla a los tejidos a través de la circulación sanguínea (30,31)

Regulación La regulación de la gluconeogénesis es crucial para muchas funciones fisiológicas, pero sobre todo para el funcionamiento adecuado del tejido nervioso. El flujo a través de la ruta debe aumentar o disminuir, en función del lactato producido por los músculos, de la glucosa procedente de la alimentación, o de otros precursores gluconeogénicos (30,31). La gluconeogénesis está controlada en gran parte por la alimentación. Los animales que ingieren abundantes hidratos de carbono presentan tasas bajas de gluconeogénesis, mientras que los animales en ayunas o los que ingieren pocos hidratos de carbono presentan un flujo elevado a través de esta ruta (31).

Regulación por los niveles de energía

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DIABETES MELLITUS La fructosa 1,6-bisfosfatasa es inhibida por concentraciones altas de AMP, asociadas con un estado energéticamente pobre. Es decir, la elevada concentración de AMP y reducida de ATP inhiben la gluconeogénesis (31).

Regulación por fructosa 2,6-bisfosfato La fructosa 1,6-bisfosfatasa es inhibida por la fructosa 2,6-bisfosfato, un modulador alostérico cuya concentración viene determinada por la concentración circulante en sangre de glucagón; la fructosa 1,6-bisfosfatasa está presente tanto en el hígado como en los riñones (31).

Regulación de la fosforilación

Este proceso es dependiente de la concentración de ATP; al disminuir la concentración de ATP, la fosforilación también se observa disminuida y viceversa. En el hígado, este proceso aumenta al aumentar la síntesis de glucocinasa, proceso que es promovido por la insulina. La membrana de los hepatocitos es muy permeable a la glucosa, en el músculo y el tejido adiposo la insulina actúa sobre la membrana para hacerla permeable a ella (32).

Regulación alostérica El ayuno prolongado aumenta el acetil-CoA y éste estimula la piruvato carboxilasa y por lo tanto la gluconeogénesis, al mismo tiempo que inhibe la Piruvato Deshidrogenasa; la elevación de alanina y glutamina estimulan la gluconeogénesis. El cortisol aumenta la disponibilidad de sustrato y la fructosa 2,6-bisfosfato inhibe a la fructosa 1,6-bisfosfatasa (33).

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DIABETES MELLITUS

CAPÍTULO 05 - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - -

DIABETES MELLITUS ALTERACIONES PATOLÓGICAS RELACIONADAS - - - - - - - - - - - - - - - - - - - -- - - - - - - - - - - - - - - - TIPOS CARÁCTERÍSTICAS ALTERNATIVAS DE DIAGNOSTICO PROPUESTAS DE PREVENCIÓN

INTRODUCCION La diabetes mellitus (DM) se define como una enfermedad endocrino metabólica caracterizada por hiperglucemia crónica, con alteraciones en el metabolismo de los carbohidratos, grasas y proteínas, que puede estar producida por una deficiencia en la secreción de insulina, una resistencia a la acción de la misma, o una mezcla de ambas, originada por la destrucción de las células β (beta) de los islotes de Langerhans por un mecanismo autoinmunitario o por una causa desconocida (DM tipo 1, DM1); o bien, por fenómenos de resistencia a la insulina (RI), lo cual ocasiona una dificultad para que esta hormona actúe en los tejidos a causa de trastornos en el número o afinidad de sus receptores (DM tipo 2, DM2).

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DIABETES MELLITUS

Clasificación de la diabetes 5.1 DIABETES: TIPOS Y CARACTERÍSTICAS DIFERENCIALES

Hace casi un siglo desde que el renombrado médico Sir William Osler definió a la diabetes mellitus como “un síndrome debido a la perturbación del metabolismo de los glúcidos por varias causas, en el que aparecen glucosa en orina junto con sed, poliuria, consunción y oxidación imperfecta de lípidos”. Osler señalo de esa manera las diversas etiologías de la diabetes, al mismo tiempo describió los rasgos más sobresalientes de la enfermedad. En esta definición se señala la predisposición hereditaria para adquirir diabetes y los efectos secundarios de esta enfermedad. En el año 1970 una comisión gubernamental llegó a la conclusión de que la diabetes es “complejo de trastorno metabólico caracterizado por deficiencia relativa o absoluta de insulina.”(35)

Los términos que emplean los médicos para definir los diversos tipos de diabetes son confusos. Diferente nombre y descripciones tuvieron aceptación por un cierto tiempo, para luego ser cambiados. “Los dos tipos más comunes se conocen en la actualidad simplemente como diabetes tipo I y diabetes tipo II, pero a pesar de ellos, los médicos continúan con el uso de términos anticuados, como diabetes “insulinodependiente”, “propensa a la cetosis” o “de comienzo juvenil”, “no cetósica” y “de comienzo en la madurez” para el tipo II.” (35)

Aunque la diabetes tipo I suele ocurrir en niños(as), en ocasiones se produce en adultos. Está es infrecuente en comparación con el tipo II; la cual afecta a entre 5 y 10 millones de norteamericanos. En la actualidad los criterios que se aceptan para el diagnóstico definen de manera práctica una enfermedad que presenta enorme variabilidad en sus manifestaciones bioquímicas y clínicas. Sin un paciente tiene síntomas típicos y concentraciones muy altas de glucosa en la sangre, en cambio cuando los síntomas son indeterminados y la glucemia en ayunas es normal, o sólo está un poco elevada, es más difícil de reconocer la afección. A menudo los médicos “ponen a prueba” el metabolismo del paciente administrando gran cantidad de glucosa por vía oral o intravenosa en la llamada prueba de la tolerancia a la glucosa.

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DIABETES MELLITUS La clasificación etiológica más utilizada es la recomendada por la American Diabetes Association (ADA) en 1997 y por el Comité de Expertos para la Clasificación y Diagnóstico de la Diabetes (Organización Mundial de la Salud -OMS-,1998). Ambas organizaciones clasifican a la DM en:

DM tipo 1. Puede ser de 2 tipos: autoinmune (DM1a) e idiopática (DM1b). Es conocida también como diabetes juvenil, pues con frecuencia se presenta durante la infancia, aunque también puede ocurrir en adultos. (34)

DM tipo 2. Puede variar entre la insulinorresistente, con deficiencia relativa de insulina, a un defecto preferentemente secretor con o sin RI. Corresponde a la mayoría (90%) de los casos de diabetes. Sin embargo, en la mayoría de los pacientes con DM2, múltiples factores genéticos y ambientales contribuyen tanto al origen como a la progresión y las complicaciones tardías de la enfermedad. (34)

MODY (maturity onset diabetes of the young). Implica defectos genéticos de la función de la célula B pancreática de inicio en la juventud o en la madurez.

DM gestacional. Es aquella que se presenta en el curso del embarazo. Consiste en la presencia de niveles elevados de glucosa en la sangre. Esta condición se desarrolla en cualquier momento durante el embarazo en una mujer sin diabetes. (34) Se dice que tienen diabetes gestacional las embarazadas que nunca han tenido diabetes, pero que tienen un nivel alto de glucosa en la sangre durante el embarazo. No sabemos qué causa la diabetes gestacional, pero se tiene ciertas pistas actualmente. (34) Fig. 6.1

FUENTE:

Recopilado

del

Instituto Nacional de Diabetes y Enfermedades

Digestivas

y

Renales (NIDDK). El 13 de junio del 2019.

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DIABETES MELLITUS DM de la infancia. Puede agruparse en varios subtipos principales que demuestran su variabilidad y rango nocivo a la salud, estas son: • Diabetes neonatal transitória o permanente (DMNT y DMNP). • DM1: DM1a, autoinmune, DM1b, idiopática. • DM2: este tipo de DM se reporta en niños obesos. • Diabetes mitocondrial (DMMt). • Diabetes relacionada con fibrosis quística (DRFQ). • Diabetes associada a síndromes como Down

Diabetes Mellitus tipo 1 Esta enfermedad se caracteriza por la deficiencia absoluta de insulina, ocasionada por un ataque inmunológico en contra de las células beta del páncreas. Los islotes de Langerhans se adhieren con linfocitos T activados y originan insulitis. Este ataque autoinmune conduce a un agotamiento gradual de las células beta del páncreas. Los síntomas aparecen en forma súbita cuando se destruye de 80 a 90% de las células beta del páncreas. El páncreas deja de responder en forma adecuada al estímulo de la glucosa para secretar insulina, por lo que ésta debe ser administrada en forma exógena para restaurar el control metabólico y prevenir la cetoacidosis que puede poner en riesgo la vida del paciente. Para que este ataque autoinmune se presente, es necesario la presencia de un estímulo en el ambiente (en algunos casos es por una infección viral), además de un determinante genético que lleve al sistema inmune a no reconocer a las células beta como propias. Las personas con DM1 deben administrarse insulina exógena para poder vivir. (34) 

Etiología

La DM tipo 1 se produce por la destrucción auto inmune de las células beta (islotes) del páncreas productoras de insulina. Diversos estudios han generado datos contradictorios respecto a la actuación de una serie de factores ambientales. Entre ellos está la alimentación con leche de vaca a una edad temprana, agentes infecciosos víricos(citomegalovirus, sarampión y rubeola), la deficiencia de vitamina D y factores perinatales. Este tipo diabetes puede ser una enfermedad mediada por linfocitos T. Pueden encontrarse cuerpos frente a antígenos de las células de los islotes meses o años antes del comienzo de la disfunción de las células .entre eloos existen anticuerpos anti islotes, autoanticuerpos contra la insulina, anticuerpos

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DIABETES MELLITUS contra la tirosina fosfatasa IA-2 y anticuerpos contra la descarboxilasa del acido glutámico. El riesgo de diabetes se incrementa según lo hace el numero de anticuerpos detectados en suero. En individuos en los que se detecta un solo tipo de anticuerpo, el riesgo de es solo de 10 – 15%, pero cuando se detectan 3 ó más , el riesgo es de 55-90%. Cuando la masa de células  ha sido destruida en un 80-90%, la masa celular restante es insuficiente para mantener la situación de euglucemia y aparecen manifestaciones clínicas de diabetes. 

Epidemiología

La incidencia anual de DM tipo I está aumentando de forma continua con importantes variaciones geográficas. En EE. UU la incidencia anual es aproximadamente de 20 por 100.000. En la infancia ente las elevadas cifras de 40 por 100.000 de la población escandinava a las de menos de 1 por 100.000 en China. La incidencia anual de DM tipo I es más alta en los blancos no hispánicos seguidos de los afroamericanos, hispanos e indios americanos. Los determinantes genéticos desempeñan un papel en la susceptibilidad de esta enfermedad, aunque la forma de herencia es compleja y claramente multigénica. Lo hermanos o hijos de pacientes diabéticos tienen un riesgo de desarrollar diabetes del 2-8%. Los gemelos idénticos presentar del 30-50%. La región del antígeno leucocitario humano (HLA) en el cromosoma 6 proporciona los más sólidos determinantes de susceptibilidad, suponiendo aproximadamente el 40% de la herencia familiar DM tipo 1. “Los alelos HLA específicos de clase II DR y DQ

(HLA DR3 y HLA DR4)

incrementan el riesgo de desarrollar está afección, mientras que otros alelos HLA específicos ejercen un efecto protector.”(35) Más de 905 del niño con DM tipo I poseen alelos HLA DR3, HLA DR4 o ambos. La región VNTR (variable tándem repeat) del gen de la insulina en el cromosoma11, está también vinculada a sus susceptibilidades DM tipo I. Más allá del HLA, existe evidencia de asociación de más de 100 otros loci. Por otro lado, los factores no los únicos que representan susceptibilidad sino también son responsables los factores ambientales.

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DIABETES MELLITUS En la diabetes tipo 1, el sistema inmunitario destruye por error las células del páncreas que producen insulina. El organismo percibe estas células como invasores y las destruye. La destrucción se produce durante varias semanas, meses o años. Cuando se destruyen suficientes células beta, el páncreas deja de producir insulina o produce poca insulina. Ya que el páncreas no produce insulina, es necesario remplazarla. No hay insulina en pastilla. Las personas con diabetes tipo 1 se inyectan insulina con una jeringa, un bolígrafo de insulina o una bomba de insulina. Sin insulina, el nivel de glucosa en la sangre aumenta y es más alto de lo normal, lo que se llama hiperglucemia. La diabetes tipo 1 afecta a aproximadamente 5% de las personas en Estados Unidos con diabetes. En el pasado, la diabetes tipo 1 se llamaba diabetes juvenil o diabetes insulinodependiente. Por lo general se diagnostica inicialmente en personas jóvenes, pero puede ocurrir a cualquier edad. La diabetes tipo 1 es mucho menos común que la diabetes tipo 2. (36)

Sintomatología esencial en Diabetes Mellitus tipo

Fig. 6.2

FUENTE: Recopilado del Instituto Nacional de Diabetes y Enfermedades Digestivas y Renales (NIDDK). El 13 de junio del 2019.

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DIABETES MELLITUS Preguntas frecuentes sobre Diabetes Mellitus tipo 1

¿QUÉ CAUSA LA DIABETES TIPO 1? Los científicos no están seguros de qué causa la diabetes tipo 1. No es contagiosa, y el consumo de azúcar no es la causa. Se investigan las causas exactas de la diabetes tipo 1 y las formas de prevenirla. ¿QUÉ TRATAMIENTOS SE USAN PARA LA DIABETES TIPO 1? Los dos objetivos del tratamiento de la diabetes son asegurar que se sienta bien a diario y prevenir o retrasar los problemas de salud a largo plazo. La mejor manera de alcanzar dichos objetivos es:

¿CÓMO SÉ SI MI TRATAMIENTO PARA LA DIABETES ESTÁ SURTIENDO EFECTO?

Hacerse la prueba de hemoglobina glucosilada (A1C) por lo menos dos veces al año lo ayuda a usted y a su equipo médico a estar al tanto de qué tan bien se está controlando el nivel de glucosa en la sangre. A1C es uno de los datos básicos de la diabetes, que le indican si el tratamiento general para la diabetes está surtiendo efecto. Estos datos son: A1C o estimado de glucosa promedio (estimated average glucose o eAG) . La A1C mide el promedio de glucosa en la sangre durante los últimos dos o tres meses. Es una medición de la sangre “con memoria”. Su proveedor de servicios médicos puede referirse a ella como estimado de glucosa promedio o eAG. El eAG indica el A1C en el mismo tipo de unidad (mg/ dl) que el medidor de glucosa que usa en casa. (37)

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DIABETES MELLITUS Presión arterial Los datos sobre su presión arterial le indican la fuerza de la sangre dentro de los vasos sanguíneos. Cuando tiene la presión alta, el corazón debe hacer más esfuerzo. Nivel de colesterol Los datos sobre su colesterol le dicen la cantidad de grasa que tiene en la sangre. Un tipo, el colesterol de baja densidad o LDL por sus siglas en inglés, puede obstruir los vasos sanguíneos y resultar en enfermedades del corazón.

¿CÓMO AFECTA LA DIABETES A DIARIO? La diabetes puede tener un impacto en cómo se siente cada día. Si tiene un nivel demasiado alto o bajo de glucosa en la sangre (hipoglucemia), posiblemente no se sienta bien. Mantener la glucosa dentro de los límites deseados lo ayuda a sentirse mejor. Las personas con diabetes tipo 1 deben usar insulina varias veces al día para mantener la glucosa bajo control. También deben medirse la glucosa en la sangre con frecuencia y usar la información para modificar la cantidad de insulina que usan. Hable con su equipo médico sobre cómo y cuándo medirse la glucosa en la sangre. Si bien la atención diaria de la diabetes está en sus manos, su equipo médico está a su disposición para ayudarlo. (38)

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DIABETES MELLITUS

Diabetes Mellitus tipo 2

Es la forma más frecuente de DM, ya que representa entre el 90 y el 95% de los casos. Suele presentarse después de los 40 años e ir unida a obesidad que está presente hasta en el 80% de los pacientes con DM tipo 2. Para su tratamiento se necesita dieta y ejercicio solos o asociados a antidiabéticos orales y/o insulina. Es una enfermedad crónica con complicaciones que suponen una importante causa de mortalidad y se asocian con el daño o la falla de varios órganos. La RI con hiperinsulinismo está ya presente en el estadio normoglucémico prediabético. Los factores genéticos de susceptibilidad son poligénicos; sin embargo, factores ambientales contribuyen a exacerbar estas anormalidades. Los individuos con DM2 también se caracterizan por una reducción en la masa de células beta del páncreas y aumento en la apoptosis celular. La DM2 se caracteriza por la presencia de hiperglucemia en ayuno y posprandial. La hiperglucemia en ayuno es resultado de la resistencia hepática a la acción de la insulina. La hiperglucemia posprandial resulta de la secreción anormal de insulina por las células beta del páncreas al consumir alimentos, y de la toma inadecuada de glucosa por los tejidos periféricos sensibles a la insulina, particularmente en el músculo esquelético. (38)

La falta de respuesta de los tejidos receptores a la insulina mantiene el estímulo de la glucemia elevada, lo que se traduce en incremento en la producción y liberación de insulina por las células beta pancreáticas, con el fi n de compensar y mantener los niveles normales de glucemia. Este proceso fisiopatológico de hiperglucemia e hiperinsulinemia y alteración funcional de la célula β pancreática puede durar varios años de vida del individuo (hasta 15 años), hasta volverse insostenible para las células beta, por lo que se presenta intolerancia a la glucosa, con elevación exagerada de la glucosa posprandial, RI y, posteriormente, proceso patológico de la DM2. Las alteraciones metabólicas en la DM2 son más leves que las descritas para la DM1 (cuadro 22-1), en parte porque la secreción parcial de insulina, aunque insuficiente, limita la presencia de cetogénesis. La aparición de la DM2 depende casi por completo de factores genéticos y ambientales, los cuales se consideran factores de riesgo para esta enfermedad, como son:

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DIABETES MELLITUS

• Padres o hermanos diabéticos. • Obesidad e hipertensión. • Edad superior a 45 anos. 

Parto de un bebe con un peso mayor de 4 kg.

• ↑↑triglicéridos en la sangre. • ↑↑ colesterol en la sangre. • Falta de ejercicio y vida sedentaria.

Con la diabetes tipo 2, el organismo no usa la insulina debidamente. Esto se llama resistencia a la insulina. Primero, el páncreas produce insulina adicional para compensar. Pero con el tiempo el páncreas no puede producir suficiente insulina para hacer que su nivel de glucosa en la sangre sea normal. La diabetes tipo 2 se trata con cambios de estilo de vida, medicamentos orales (pastillas) e insulina. Algunas personas con diabetes tipo 2 pueden controlarse la glucosa comiendo saludablemente y haciendo actividad física. Pero quizá sea necesario, además, que su médico le recete medicamentos orales o insulina para ayudar a que su nivel de glucosa se mantenga dentro de los límites deseados. El tipo 2 por lo general empeora con el tiempo; incluso si al comienzo no necesita medicamentos, es posible que los necesite posteriormente (39).

¿QUÉ CAUSA LA DIABETES TIPO 2?

Los científicos desconocen la causa exacta de la diabetes tipo 2. Sin embargo, se ha descubierto una relación entre la diabetes tipo 2 y varios factores de riesgo. Entre ellos están:

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DIABETES MELLITUS

¿QUÉ TRATAMIENTOS SE USAN PARA LA DIABETES TIPO 2? Los dos objetivos del tratamiento de la diabetes son asegurar que se sienta bien a diario y prevenir o retrasar los problemas de salud a largo plazo. La mejor manera de alcanzar dichos objetivos es: • Tomar medicamentos, si su médico los receta • Planear sus comidas es decir escoger qué, cuánto y cuándo comer • Hacer actividad física Actitud ante un paciente con diabetes mellitus tipo 2 Los objetivos terapéuticos ante un paciente con DM son: eliminar los síntomas hiperglucémicos mediante la normalización de los valores de glucemia, prevenir las complicaciones metabólicas agudas, retrasar o minimizar las complicaciones crónicas, reducir la morbilidad y mortalidad y conseguir unas expectativas y calidad de vida iguales a las del individuo no diabético. Lograr estos objetivos hace que en el paciente diabético debamos siempre valorar su control metabólico y el tratamiento que requiere, individualizando dichos objetivos según las características de cada paciente. Así en los individuos más jóvenes estaría indicado un control intensivo de la glucemia y del resto de los factores de riesgo con el objetivo de retrasar o evitar la aparición de las complicaciones. En ancianos que presenten expectativa de vida limitada o complicaciones de la DM en estadios avanzados puede no ser necesario un control tan estricto, limitándonos a evitar la aparición de síntomas osmóticos y minimizar los riesgos de hipoglucemia asociados al tratamiento antidiabético. (36,37) Fig. 6.3 descripción grafica de los modelos de atención a pacientes con diabetes en el ámbito de la atención publica general

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DIABETES MELLITUS FUENTE: Adaptado de De Fronzo. Diabetes 1988. Técnicas de atención para pacientes con diabetes mellitus

Fig. 6.4 Patología de la Diabetes Mellitus tipo 2

Defectos Metabólicos en DM 2

Fig. 6.5 FUENTE: Recopilado del Instituto Nacional de Diabetes y Enfermedades Digestivas y Renales (NIDDK). El 13 de junio del 2019.

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DIABETES MELLITUS

¿QUÉ DIFERENCIAS HAY ENTRE LA DIABETES TIPO 1 Y TIPO 2?

Con la diabetes tipo 2, el organismo no usa la insulina debidamente. Esto se llama resistencia a la insulina. Primero, las células beta producen insulina adicional para compensar. Pero con el tiempo el páncreas no puede producir suficiente insulina para hacer que su nivel de glucosa en la sangre sea normal. La diabetes tipo 2 se puede tratar con medicamentos orales, insulina o ambos. El tratamiento de la diabetes tipo 1 siempre es insulina.

FUENTE: Recopilada de Biología molecular. Fundamentos y aplicaciones en las ciencias de la salud el 12 de junio del 2019.

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DIABETES MELLITUS

5.1

ALTERNATIVAS DE DIAGNÓSTICO

Criterios diagnósticos para la diabetes mellitus tipo 2

Con independencia de la definición, existen diversos criterios para el diagnóstico de la DM constantemente revisados por la ADA y la OMS. Prueba aleatoria de glucosa Se sospecha la existencia de diabetes si los niveles son superiores a 200 mg/dl y están acompañados por los síntomas clásicos de aumento de sed, micción y fatiga (esta prueba se debe confirmar con otra de nivel de glucosa en la sangre en ayunas). Prueba de glucosa de ayuno durante por lo menos 8 horas Se diagnostica diabetes si el resultado es mayor de 126 mg/dl en dos ocasiones. Los niveles entre 100 y 126 mg/dl se denominan alteración de la glucosa en ayunas o prediabetes. Dichos niveles se consideran factores de riesgo para la DM2 y sus complicaciones (40,39).

Prueba de tolerancia de glucosa Inicia con toma de glucosa en ayuno. Después, el paciente toma una cantidad moderada de glucosa en una bebida dulce. La glucosa se mide a intervalos específicos. Se diagnostica diabetes si el nivel de glucosa es superior a 200 mg/dl, luego de 2 horas (esta prueba se usa con más frecuencia para la DM2). Existen otras pruebas, como la glucosa casual, la glucosa en ayunas, la glucosa posprandial, la curva de tolerancia a la glucosa oral y la hemoglobina glucosilada (GHB). De todas estas pruebas, la GHB o hemoglobina A1c (HbA1c) es una excelente medida del control de la glucosa en sangre, sobre todo a largo plazo. La importancia de esta prueba radica en que la HbA1c tiene memoria e indica al médico el control de la glucosa promedio durante los últimos 2-3 meses de prueba. (38)

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DIABETES MELLITUS Criterios diagnósticos de la Asociación Americana de Diabetes (ADA), 1997

Criterios diagnósticos para la determinación de Pre-Diabetes

1. En una muestra de sangre tomada en ayunas, si un individuo es detectado con una glucosa alterada en ayuno, es decir, cifras entre 100 y 125 mg/dL, se podría establecer el diagnóstico de prediabetes. (39)

2. Existe un estudio de laboratorio llamado “Curva de tolerancia oral a la glucosa”, en el que el paciente ingiere una bebida que contiene 75 g de glucosa y a las dos horas se le toma una muestra de sangre para medir sus niveles en ese momento; si el resultado se encuentra entre 140 y 199 mg/dL, cursa con intolerancia a la glucosa, se podría establecer el diagnóstico de prediabetes. (36)

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DIABETES MELLITUS

3. Otro estudio que nos ayuda a hacer el diagnóstico de prediabetes es el de hemoglobina glucosilada. En la superficie de los glóbulos rojos se encuentra adherida cierta cantidad de glucosa, cuando el porcentaje de glucosa en los glóbulos rojos oscila entre 5.7 y 6.4% se podría establecer el diagnóstico de prediabetes. (40)

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DIABETES MELLITUS

5.1 PROPUESTAS DE PREVENCIÓN



PREVENCIÓN DE LA DIABETES DE TIPO 1

En la actualidad aún no se ha podido llegar a prevenir la diabetes de tipo 1, pero gracias al avance de la tecnología se han desarrollad diversas técnicas inmunológicas que han resultado eficaces para prevenir, en animales de laboratorio, una enfermedad que se parece a la diabetes de tipo 1 humana. Como resultado, ha surgido la esperanza de que intervenciones análogas en seres humanos sirvan para prevenir la diabetes de tipo 1 o retrasar ostensiblemente el lento deterioro de la función de las células β del páncreas característico de la enfermedad. Una intervención de este tipo, de ser eficaz, podría reducir mucho la incidencia de diabetes de tipo 1 y sus complicaciones crónicas, con lo que mejoraría enormemente la calidad de vida de las personas que padecen la enfermedad. Diversos ensayos de prevención primaria en los que se modificó el régimen alimentario se han realizado en niños menores de un año que tenían el riesgo más alto de diabetes de tipo 1, según pruebas de tamizaje genético. Entre las intervenciones y factores estudiados figuran la exposición temprana a la leche de vaca; la edad en que se introdujeron los alimentos sólidos; la administración de un suplemento de ácidos grasos omega3; y la administración de un suplemento de vitamina D. En ninguno de los ensayos se ha observado una reducción de la incidencia de diabetes de tipo 1. Otros ensayos se han concentrado en los parientes de personas con diabetes de tipo 1. En dos ensayos clínicos aleatorizados extensos se exploró el uso de suplementos de vitamina B6 en adultos y niños que eran parientes de personas con diabetes de tipo 1 y que tenían anticuerpos contra las células de los islotes pancreáticos, pero los resultados no fueron los deseados. Las inyecciones de insulina y la administración de insulina por vía oral también se han usado como intervenciones preventivas en niños con anticuerpos contra la insulina. En general los resultados no fueron los deseados, pero se observó cierto retraso de la aparición de la enfermedad en un subgrupo de niños que tenían las mayores concentraciones de anticuerpos antiinsulínicos al comienzo del ensayo. Otros métodos, infructíferos hasta la fecha, han sido el tratamiento de las personas en alto riesgo con insulina por la vía nasal, una ciclosporina a dosis bajas y un anticuerpo monoclonal (41).

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LA PREVENCIÓN DE DIABETES DE TIPO 2

Existen diferentes formas de prevenir la diabetes, pero las más eficientes, son las que están hechas en base a una vida llena de hábitos saludables, las cuales son: LA BUENA ALIMENTACIÓN Y LA ACTIVIDAD FÍSICA Los adultos pueden reducir su riesgo de padecer diabetes de tipo 2 y mejorar su sensibilidad a la insulina y su asimilación de la glucosa mediante la actividad física practicada con regularidad y en suficiente cantidad y un régimen alimentario sano a base del consumo de suficiente fibra alimenticia vegetal, y mediante la sustitución de los ácidos grasos saturados por ácidos grasos poliinsaturados. La OMS ha formulado recomendaciones relativas a la buena alimentación y la actividad física que pueden, si se ponen en práctica, reducir el riesgo de que una persona llegue a padecer diabetes de tipo 2 y otras ENT. Entre las recomendaciones alimentarias de la OMS y de la Organización para la Agricultura y la Alimentación (FAO) destinadas a prevenir la diabetes de tipo 2 figuran la de restringir el consumo de ácidos grasos saturados a menos de un 10% de la ingesta calórica total (y, para los grupos en riesgo, a menos de un 7%); y la de consumir cantidades suficientes de fibra alimenticia vegetal (un mínimo de 20 gramos al día) mediante el consumo habitual de cereales integrales, legumbres, frutas y verduras (42).

La OMS está actualizando sus directrices acerca del consumo de grasas y carbohidratos, en las cuales se incluirán recomendaciones relativas al consumo de fibra alimenticia vegetal y de frutas y verduras. La OMS recomienda enérgicamente que el consumo de azúcares libres se reduzca a menos de un 10% de la ingesta calórica total y sostiene que una mayor reducción —a un 5%— podría ser aún más beneficiosa para la salud (43).

Las recomendaciones de la OMS en materia de actividad física están destinadas a los distintos grupos de edad: y Se recomienda que los niños y los jóvenes entre los 5 y 17 años de edad hagan ejercicio moderadamente intenso o intenso durante un mínimo de 60 minutos al día. y Se recomienda que los adultos entre los 18 y los 64 años hagan ejercicio moderadamente intenso de tipo aerobio (por ejemplo, caminar a paso acelerado, correr a trote, atender el jardín) durante un mínimo de 150 minutos repartidos a lo largo de la semana, o ejercicio intenso de tipo aeróbico durante un mínimo de 75

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minutos repartidos a lo largo de la semana, o una combinación equivalente de ejercicio moderado e intenso. y Se recomienda que las personas de edad avanzada tengan la misma cantidad de actividad física pero que también incorporen en ella ejercicios para mejorar el equilibrio y fortalecer los músculos en la medida en que lo permitan su capacidad física y sus circunstancias (44).

ACTIVIDAD FÍSICA

La actividad física es uno de los pilares fundamentales de la prevención de la diabetes. Ser físicamente activo produce diversas adaptaciones que mejoran la salud (se reduce la tensión arterial, se reduce la frecuencia cardíaca en reposo, mejora la composición corporal —reduciendo la grasa abdominal, por ejemplo—, mejoran el perfil lipídico y la homeostasis de la glucosa, aumenta la sensibilidad a la insulina, se reduce la inflamación sistémica, y se alcanza bienestar psicológico).

FUENTE: Recopilada de Biología molecular. Fundamentos y aplicaciones en las ciencias de la salud el 12 de junio del 2019.

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DIETA EQUILIBRADA

Una dieta equilibrada, nutritiva y agradable es esencial para la salud y también ofrece placer psicológico y bienestar social. La pérdida de peso mantenida del 5 % o más en las personas que presentan sobrepeso disminuye sustancialmente el riesgo de diabetes. La modificación de la dieta hacia una composición más saludable reduce aún más el riesgo y también mejora los factores de riesgo de enfermedades cardiovasculares (45).

FUENTE: Recopilada de Biología molecular. Fundamentos y aplicaciones en las ciencias de la salud el 12 de junio del 2019.

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DIABETES MELLITUS FUMAR El tabaquismo es un factor de riesgo bien conocido para muchas enfermedades crónicas, incluyendo la diabetes y sus complicaciones. Además de otros efectos dañinos, fumar incrementa la acumulación de grasa en las vísceras y la resistencia a la insulina, por lo que se debe animar a todos los fumadores a que dejen de fumar. Sin embargo, al dejar el tabaco es frecuente aumentar de peso por lo que, para evitarlo, se debe proporcionar asesoramiento dietético junto a los consejos para dejar de fumar. Por ejemplo, se puede asesorar sobre cómo controlar los antojos y los síntomas de abstinencia mediante sesiones cortas de ejercicio para «desestresarse», en lugar de

comer bocadillos. Derive al usuario a los grupos locales para dejar de fumar. Puede ser útil darle indicaciones sobre la información que puede encontrar en internet. En algunos casos seleccionados, la farmacoterapia o la terapia de reemplazo de nicotina pueden ayudar. EL ESTRÉS Y LA DEPRESIÓN La evidencia sobre la relación entre la depresión, la diabetes y la enfermedad cardiovascular es creciente, y esto indica que puede ser importante prestar atención a la presentación de síntomas de depresión en las personas obesas. Si sospecha que una persona tiene síntomas de depresión o estrés, puede ser necesario derivarlo/a un médico/asesor/psicólogo.

LOS PATRONES DE SUEÑO Tanto una duración corta del sueño (< 6 horas) como una duración larga (> 9h) pueden estar asociadas a un mayor riesgo de desarrollar diabetes. La falta de sueño puede afectar al equilibrio de las hormonas que regulan la ingesta de alimentos y el balance energético. Comente con el usuario sus hábitos y patrones de sueño. Si su sueño es largo, esto puede ser un marcador de trastornos respiratorios del sueño o de depresión, lo cual debe tratarse adecuadamente. Por otro lado, la obesidad y el síndrome de apnea obstructiva del sueño están también fuertemente asociados (46).

LA PERSPECTIVA DEL CICLO DE VIDA EN LA PREVENCIÓN DE LA DIABETES

La adopción de una perspectiva que abarque todo el ciclo vital es imprescindible para la prevención de la diabetes de tipo 2. En la fase más temprana del ciclo, cuando se

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DIABETES MELLITUS forman los hábitos de alimentación y actividad física y cuando la regulación del equilibrio energético se puede programar para el futuro a largo plazo, existe un periodo crítico para intervenir a fin de mitigar el riesgo de padecer obesidad y diabetes de tipo 2 en años posteriores (47).

El informe de la Comisión de la OMS para acabar con la obesidad infantil ofrece un conjunto general e integrado de recomendaciones para la lucha contra la obesidad infantil que ayudará a reducir los factores de riesgo de la diabetes de tipo 2. Una perspectiva basada en todo el ciclo vital también daría cuenta del aumento progresivo del riesgo que sobreviene con la edad y de la necesidad de determinar qué medidas en

particular se necesitan para reducir los factores de riesgo en los adultos de edad avanzada (48).

LA PREVENCION DE LA DIABETES EN PERSONAS EN ALTO RIESGO

Diversos estudios efectuados en diferentes partes del mundo han revelado que la aplicación de intervenciones intensivas para modificar el régimen alimentario, aumentar la actividad física y reducir el exceso de peso corporal puede prevenir la diabetes de tipo 2 en personas con intolerancia a la glucosa. Por ejemplo, el Programa para la Prevención de la Diabetes de los Estados Unidos, el Estudio Finlandés para la Prevención de la Diabetes y el Estudio Chino Da Quing revelaron que una intervención activa de 2 a 6 años de duración podría reportar beneficios de amplio alcance en lo concerniente a la glucemia y salud cardiovascular que duran de 10 a 20 años (49)

También se ha demostrado que diversas intervenciones farmacológicas (por ejemplo, el tratamiento con metformina y acarbosa) previenen o retrasan la aparición de la diabetes de tipo 2, pero en la mayoría de los estudios no han sido tan eficaces como la modificación de la alimentación y la actividad física y su efecto se disipa cuando se suprime el medicamento .Las enseñanzas adquiridas gracias a estos estudios demostrativos o de comprobación conceptual confirman que la aparición de la diabetes de tipo 2 se puede retrasar o prevenir, pero hacer que estas enseñanzas se traduzcan en repercusiones de amplio alcance plantea muchas dificultades. El éxito de estos programas depende de la factibilidad de detectar a los grupos de alto riesgo, someterlos a evaluación clínica y lograr su participación (50).

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