hormonas pancreaticas

Universidad Nacional del Nordeste
Facultad de Medicina
Cátedra de Bioquímica
HORMONAS PANCREATICAS
Año 2006
Brandan, Nora C.
Profesora Titular. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.
Llanos, Isabel Cristina.
Jefa de Trabajos Prácticos. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.
Miño, Claudia Alejandra.
Jefa de Trabajos Prácticos. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.
Ruíz Díaz, Daniel A. N.
Ayudante Alumno por Concurso. Cátedra de Bioquímica. Facultad de Medicina. UNNE.
INDICE
PÁNCREAS ............................................................................................................................................................ 1
Recuerdo anatómico e histológico ....................................................................................................................... 1
INSULINA .............................................................................................................................................................. 1
Biosíntesis, acciones y mecanismos .................................................................................................................... 1
El transporte de la glucosa ................................................................................................................................... 2
Circulación, distribución y metabolismo de la insulina ....................................................................................... 3
Distribución de los receptores insulínicos ........................................................................................................... 3
El gen del receptor insulínico .............................................................................................................................. 3
Receptor de insulina (IR). Mecanismo de acción. ............................................................................................... 3
Papel de la fosfatidilinositol-3-kinasa.............................................................................................................. 4
Papel de las kinasas fosforiladas de serinas y treoninas .................................................................................. 4
Papel de las tirosinas fosfatasas ....................................................................................................................... 4
Acciones de la insulina ........................................................................................................................................ 5
GLUCAGON........................................................................................................................................................... 6
Estructura química ............................................................................................................................................... 6
Biosíntesis y secreción. Regulación..................................................................................................................... 6
Mecanismo de acción y acciones biológicas........................................................................................................ 6
Glucagón y diabetes............................................................................................................................................. 7
SOMATOSTATINA ............................................................................................................................................... 8
Estructura química ............................................................................................................................................... 8
Biosíntesis............................................................................................................................................................ 9
Funciones............................................................................................................................................................. 9
POLIPEPTIDO PANCREATICO ......................................................................................................................... 10
Estructura química ............................................................................................................................................. 10
Biosíntesis y secreción. Regulación................................................................................................................... 10
Funciones........................................................................................................................................................... 10
GLP-l (GLUCAGON-LIKE PEPTIDE-1)............................................................................................................. 10
Estructura química ............................................................................................................................................. 11
Biosíntesis y secreción. Regulación................................................................................................................... 11
Funciones........................................................................................................................................................... 11
POLIPEPTIDO AMILOIDE DE LOS ISLOTES.................................................................................................. 12
CONCLUSION ..................................................................................................................................................... 12
Bibliografía............................................................................................................................................................ 13
PÁNCREAS
El páncreas humano es un órgano impar, constituido por dos tipos de células secretoras, relacionadas ambas con el
manejo de los nutrientes. El 98 % del páncreas está constituido por el páncreas exocrino, formado por numerosos conductos y acinis lobulares conectados por tejido conectivo y recubiertos por una delicada cápsula, cuya función es
sintetizar, almacenar y secretar al duodeno, las enzimas necesarias para la digestión de los alimentos. El 2% restante
está constituido por células endocrinas con una importante función metabólica de la síntesis y secreción vía portal de
una serie de hormonas. Esta pequeña porción endocrina es de importancia vital en la homeostasis de la glucosa y
constituye el páncreas insular formado por los islotes de Langerhans.
El sistema gastroenteropancreático endocrino está compuesto por varios subtipos distintos de células claras, que
sintetizan más de 30 hormonas y péptidos relacionados con ellas. El origen embriológico de todas ellas se ha estudiado
extensamente. El hecho de que estas células compartan factores funcionales e histoquímicos con células neuroendocrinas sugiere la existencia de una misma célula precursora común (stem cell).
Recuerdo anatómico e histológico
Los islotes de Langerhans fueron descritos por vez primera en 1869 por Paul Langerhans, sin embargo, no se les asignó
una función endocrina hasta 1889, cuando los clásicos experimentos de Minkowsky y Von Mering establecieron la
relación de los mismos con el metabolismo de los hidratos de carbono y la diabetes.
Los islotes se distinguen del parénquima exocrino por su escasa afinidad por la tinción de hematoxilina-eosina.
El tamaño de los islotes no es uniforme, oscilando entre 140 y 250 micrómetros, y rodeando a los mismos se observa
una capa de tejido colágeno que lo separa del tejido exocrino circundante. Abarcan el 90% de las células endocrinas del
páncreas, encontrándose el resto de las mismas de forma aislada o formando pequeños grupos celulares.
Dentro de los islotes se distinguen cuatro tipos celulares: células A ó α, células B ó β, células D ó δ y células PP ó F,
que presentan una organización tridimensional con un núcleo central de células β rodeado por el resto de las células
endocrinas. Esta organización tridimensional tiene importancia fisiológica, y estudios experimentales con ratas
demuestran que la disociación de las células β en células aisladas determina la pérdida de su función, mientras que su
reagrupación espontánea conlleva la recuperación de la liberación normal de la insulina, tanto basal como estimulada.
La expresión de factores de transcripción específicos, es importante para la determinación de líneas celulares que
condicionan el desarrollo de las células de los islotes. Se han descripto alteraciones de factores de transcripción (Pax6 y
Pax4), que condicionan un deficiente desarrollo de células α, y de células β y δ respectivamente.
Pdx-1, es una proteína que ejerce un papel esencial en la formación del páncreas, y está presente en las células β del
órgano adulto diferenciado. Además, esta proteína está presente en las células ductales, una de las fuentes más
importantes de células madre.
La demostración de la existencia en muchos tejidos adultos, entre ellos el páncreas, de células madre pluripotenciales,
abre un camino para que estas células puedan ser usadas como potenciales candidatos de células productoras de
insulina. En su proceso de diferenciación estas células presentan una expresión aumentada de Pdx-1. Además la
expresión en ellas de neurogenina 3 induce la presencia de marcadores específicos de célula β.
Se piensa que existe una vía paracrina, por la que las hormonas liberadas en el islote pueden influir en las células
endocrinas vecinas, además de las sustancias liberadas a sangre, o las activas a nivel local, la función de las células del
islote puede ser modulada por interacciones entre célula y célula a través de uniones celulares tipo hendidura. Se ha
observado la existencia de estos puentes entre células homólogas y heterólogas del islote.
Además, las células adyacentes, tanto homólogas como heterólogas, están conectadas entre sí por medio de canales
intercelulares, llamados gap-junctions, cuya función, no está todavía bien definida.
Hoy se cree, que la principal ruta de intercomunicación entre las células del islote, no se establece por los gap-juntions
ni a través del intersticio (acción paracrina), sino que tiene lugar por la vía de la microcirculación intraislote. Se acepta,
por ejemplo, que éste es el mecanismo más importante en la regulación de la insulina sobre la secreción de glucagón.
Cada una de las hormonas insulares es capaz de influir en la secreción de las restantes. Así, la somatostatina (SS)
suprime la secreción de las otras tres. La insulina suprime la secreción de glucagón. El glucagón estimula la secreción
de insulina y SS y, cada una de ellas, es capaz de suprimir su propia secreción (acción autocrina).
La vascularización del componente endocrino de la glándula es cinco a diez veces superior por unidad de volumen que
la correspondiente a la porción exocrina, debido a la existencia de un mayor número de capilares dentro del área
endocrina. Con frecuencia, cada célula β se encuentra rodeada por dos o más capilares, cuyo endotelio fenestrado
permite el paso de moléculas pequeñas, estableciéndose un intercambio rápido de metabolitos y hormonas entre la
sangre y el espacio intracelular.
Los islotes de Langerhans se encuentran inervados tanto por el sistema nervioso simpático como por el parasimpático, a
través de neuronas colinérgica, adrenérgicas y peptidérgicas.
INSULINA
Biosíntesis, acciones y mecanismos
La insulina es una hormona polipeptídica que se segrega por las células β de los islotes pancreáticos. Se sintetiza como
una sola cadena polipeptídica en el retículo endoplásmico rugoso: la preproinsulina. Esta proteína se encierra en
microvesículas en las cisternas del retículo endoplásmico, donde sufre algunas modificaciones en su estructura, con el
1
plegamiento de la cadena y la formación de puentes disulfuro. Se forma así la molécula de proinsulina que se transporta
al aparato de Golgi, donde se empaqueta en gránulos de secreción.
Durante la maduración de estos gránulos, la proinsulina es atacada por enzimas proteolíticas que liberan la molécula de
insulina y el péptido C. Estos gránulos que contienen cantidades equimolares de insulina y péptido C, además de una
pequeña proporción de proinsulina sin modificar, son expulsados por un complejo sistema de microtúbulos y
microfilamentos hacia la periferia de las células β. Cuando se fusiona la membrana del gránulo con la membrana celular
se disuelven ambas en el punto de contacto y se produce la exocitosis del contenido del gránulo.
Las células β de los islotes pancreáticos funcionan como un sensor energético en general y de la glucemia en particular,
lo que les permite integrar simultáneamente señales de nutrientes y moduladores.
La llegada del alimento al tubo digestivo y su posterior absorción se acompaña de numerosas señales que son: aumento
de la cifra de glucosa y de otros metabolitos en plasma, secreción de algunas hormonas gastrointestinales, activación de
nervios parasimpáticos, etc. Todas estas señales controlan la secreción de insulina.
La glucosa es transportada desde el líquido intersticial al interior de la célula β mediante un transportador tipo uniport,
que permite una entrada rápida aún a concentraciones fisiológicas de glucosa. La glucosa es fosforilada mediante la
enzima glucokinasa a glucosa-6-fosfato, ésta se cataboliza en la vía glucolítica generando ATP.
El ATP generado se une a canales de K+ dependiente de ATP, ésta unión cierra dichos canales. Al disminuir la
permeabilidad de la membrana al K+, el catión deja de salir y se acumula dentro de las células, se reduce la negatividad
interior y origina una despolarización de la membrana celular. Esta despolarización abre los canales de Ca++
dependientes de voltaje y el ion Ca++ inunda la célula a favor de un elevado gradiente de concentración. Se activa la
protein kinasa C, la calmodulina y se fosforilan proteínas intracelulares, lo que pone en marcha el complejo sistema de
microtúbulos y microfilamentos encargados de la exocitosis del gránulo de secreción.
Existen otras rutas de secreción, independiente de los canales de K+ ATP. Todas actúan sinérgicamente para estimular
la secreción de insulina.
Los niveles de potasio extracelular afectan a la secreción de insulina. La depleción de potasio, por ejemplo, en el
hiperaldosteronismo primario, reduce la secreción de insulina y puede, en estos pacientes, dar lugar a una intolerancia a
la glucosa, que se restablece al normalizar la cifra de potasio extracelular. Este, en parte, es el mecanismo mediante el
cual los diuréticos tiazídicos pueden alterar la tolerancia a la glucosa y agravar una diabetes.
Factores moduladores de la secreción de Insulina
)
)
)
)
)
)
Estimuladores
Aumento de la glucosa plasmática
Aminoácidos
Activación parasimpática
Péptido Inhibidor Gástrico (GIP)
Glucagón
GLP-1
)
)
Inhibidores
Activación simpática: epinefrina y norepinefrina
Somatostatina
El transporte de la glucosa
Hay dos modelos fundamentales de transporte de glucosa al interior celular. Uno es el transporte activo secundario
asociado al transporte de Na+, que es el que proporciona la energía necesaria, este transporte es característico de las
células intestinales y las del túbulo renal. Se han descrito dos transportadores de este tipo: SGLT1 y SGLT2 (Sodium
dependent Glucose Transporters).
El resto de las células utiliza sistemas de transporte mediante difusión facilitada. Existen al menos siete transportadores
diferentes, que se han ido numerando según su orden de descubrimiento. Estos acarreadores de glucosa son de tipo
uniport, constituyen una familia de proteínas de membrana estructuralmente relacionados, que se encuentran en todos
los tipos celulares, contienen de 442 a 524 aminoácidos con una estructura secundaria muy plegada y que cruzan 12
veces la membrana celular. Estas proteínas transportadoras se denominan GLUT.
GLUT 1: Se encuentra en todas las células, aunque se manifiesta en niveles más altos en cerebro y placenta del tejido
fetal y células de la barrera hematoencefálica, eritrocitos y colon del tejido adulto.
Tiene una elevada afinidad por la glucosa, aunque también por la galactosa. Su función principal sería la de mantener la
glucosa basal en la célula y posibilitar la entrada de glucosa en reposo. No aumenta en el músculo con el ejercicio. No
se modifica por el ayuno, ni por el consumo de carbohidratos.
GLUT 2: Se encuentra en hígado, riñón, intestino delgado, células β pancreáticas (relacionado a la sensibilidad a la
glucosa de las células β), y algunas células hipotalámicas. Actuaría como sensor en las células β. Transportan glucosa y
galactosa, aunque tiene baja afinidad por la glucosa (comparado con el GLUT 4) pero una alta capacidad de transporte.
GLUT 3: Se encuentra en todas las células, aunque se expresa especialmente en cerebro, riñón, placenta y células β.
Estaría relacionado con el transporte basal de glucosa (gran afinidad por glucosa) y utilizaría un mecanismo Na+
dependiente.
GLUT 4: Se expresa en tejido adiposo (blanco y pardo) y en el músculo (cardíaco y esquelético). Relacionado a la
incorporación de glucosa mediada por insulina, la GLUT 4 está presente en vesículas citoplasmáticas. Ante la ingesta de
alimentos se segrega insulina y se dirigen a la membrana celular donde se fusionan (quedando expuesto al medio
extracelular) capturando la glucosa.
2
GLUT 5: Está especialmente en el intestino delgado, donde transporta fructosa.
GLUT 6: Sería un pseudogen aún no estudiado en demasía.
GLUT 7: Se encuentra en el retículo endoplásmico de los hepatocitos. Y podría estar encargado de la gluconeogénesis
hepática.
Las células que dependen de la insulina para captar glucosa tienen en su citoplasma una reserva de moléculas GLUT 4.
En presencia de insulina se estimula el movimiento de estos transportadores desde los microsomas hasta la membrana
celular y su fosforilación. Cuando cesa la acción de la insulina, los transportadores penetran de nuevo al interior celular.
En otras células, los transportadores siempre están expuestos en la superficie celular en una proporción determinada
para cada tejido. En el hígado, la insulina estimula la entrada de la glucosa, pero no modifica su transporte, sino que
estimula la actividad de la enzima glucokinasa, que convierte rápidamente la glucosa en glucosa-6-fosfato. Así, la
concentración de glucosa libre se mantiene muy baja, con lo cual facilita la entrada de más glucosa.
Circulación, distribución y metabolismo de la insulina
La secreción de insulina se produce de manera pulsátil y bifásica. La insulina se tiene que distribuir en el flujo portal, el
hígado retiene un 40% de la insulina que le llega y el resto deja escapar a la circulación general.
Gran parte de la insulina se degrada en las propias células sobre las que actúa y otra fracción de la insulina secretada se
pierde por filtración renal y posterior degradación en las células tubulares renales.
Distribución de los receptores insulínicos
Los receptores de insulina están presentes en prácticamente todos los tejidos de los mamíferos, incluyendo cerebro,
eritrocitos, gónadas, células endoteliales y otros que aparentemente no son objetivos clásicos de la insulina. Su número
varía entre 40 o menos en un eritrocito, hasta más de 200.000 en un adipocito ó hepatocito.
Estudios realizados con anticuerpos monoclonales han puesto de manifiesto que existe una cierta heterogeneidad entre
los receptores de insulina de los diferentes tejidos. Así, los receptores de insulina presentes en el cerebro tienen un peso
molecular ligeramente menor que los de los hepatocitos, probablemente debido a un menor número de residuos
glicosilados.
El gen del receptor insulínico
El gen del receptor de insulina está localizado en el cromosoma 19 y se expande a lo largo de un tramo de 150 kbases
con 22 exones separados por largos intrones.
La expresión del gen del receptor de insulina está regulada por el estado metabólico de la célula y por su diferenciación.
Así, cuando los fibroblastos se diferencian a adipocitos los niveles del ARNm aumentan al igual que la síntesis de los
receptores.
La transcripción origina varios ARNm de un tamaño superior en 1.5-5.3 Kbases que el correspondiente ADN
complementario que codifica el receptor. Mediante cortes y empalmes adecuados (al menos se conocen 2 tipos de sitios
de corte) se obtiene un ARNm maduro. La traducción de éste ARNm origina un polipéptido de unos 160kDa y es
considerado un "pro-receptor", el mismo se escinde en subunidades α y β, que luego migran a la membrana para unirse
y formar el receptor de insulina.
No se conocen bien todos los pasos que conducen a la producción del receptor maduro α2β2 que se insertará
posteriormente en la membrana celular.
Receptor de insulina (IR). Mecanismo de acción.
Es una glicoproteína transmembrana compleja consistente en 4 subunidades:
• 2 subunidades α del lado extracelular
• 2 subunidades β poseen un dominio extracelular, un dominio transmembrana y un dominio intracelular.
Las 2 subunidades α están unidas entre sí por un puente disulfuro. Además, cada una de las subunidades α está unida a
una subunidad β por un puente disulfuro formando un heterotetrámero.
Cuando se activa por la insulina, la parte intracelular de una de las subunidades β actúa como tirosin kinasa específica.
Ambos tipos de subunidades son glicoproteínas cuya parte de carbohidrato juega un importante papel, ya que la
eliminación de galactosa y ácido siálico reduce su afinidad por la insulina.
La unión de la insulina a las subunidades α del receptor provoca un cambio conformacional de las subunidades β
(cambio que estimula la actividad kinasa del receptor), lo que induce la autofosforilación y la fosforilación de otros
sustratos celulares llamados también proteínas señales.
Las proteínas “señales” son proteínas que se encuentran en el citosol de la célula y se encargan de llevar la información desde la
superficie de la célula hasta el núcleo. Este mecanismo es detonado cuando algún ligando (ej. insulina) se une a su receptor presente
en la membrana plasmática de la célula produciéndose la activación del receptor que es transmitida a modo de cascada a través de
las proteínas señal. Una proteína señal activa a otra, y así sucesivamente hasta llegar a activar proteínas reguladoras de genes en
el núcleo (llamadas factores de transcripción) y así provocar la transcripción del ADN a ARNm, con la consiguiente síntesis de
proteínas. La activación de estas proteínas señal es mediante fosforilación en distintos aminoácidos, generalmente tirosina, serina o
treonina.
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Las proteínas señal más destacables relacionadas son algunas MAP Kinasas: ERK1/2, p38 y JNK. Las MAP kinasas son “proteínas
kinasa activadas por mitógenos”.
El primer sustrato conocido fue el sustrato 1 del receptor de insulina (IRS1). Este sustrato es miembro de una familia de
sustratos, los IRS-1, 2, 3, 4. Los miembros de esta familia de proteínas tienen funciones adaptadoras entre el IR y otras
moléculas, algunas de ellas enzimas como la fosfatidil inositol-3-kinasa (PI3K). La familia IRS posee varios dominios:
1) Un dominio que se puede unir a fosfolípidos membrana.
2) Un dominio de fosfotirosinas que reconoce una región de la subunidad β del IR.
3) Varios dominios sitios de unión de otras proteínas adaptadoras distintas IRS, que poseen dominios src-homology-2
(SH2), entre ellas el growth factor receptor binding protein 10 (Grb10), el src homologous and collagen protein
(Shc) y el growth factor receptor bound 2 associated binding 1(Gab1).
Estas proteínas adaptadoras también contienen dominios capaces de interaccionar con fosfolípidos de membrana y, por
otro lado, dominios-SH2, lo que les permite interaccionar con tirosinas fosforiladas y así acoplarse tanto al IR como a
los IRS. Se ha observado que la unión del Shc al IR dirige la señal de la insulina a inducir mitogénesis por un
mecanismo que implica a la MAPK. El Gab1 puede ser sustrato para el IR y dirigir la señal de la insulina hacia la
PI3K.
Un mitógeno es un inductor de proliferación y diferenciación celular, como por ejemplo la insulina, o factores de crecimiento como
IGF-1, y otras proteínas señal como AMP kinasa, Akt, GSK3 y p70S6K. También son denominadas ERK o kinasas reguladas por
señales extracelulares. Estas MAP kinasas, son activadas por una gran variedad de señales (insulina, factores de crecimiento,
factores de stress ambiental) y transmiten estas señales fosforilando numerosos substratos, obteniéndose como resultante varios
efectos biológicos. Algunos de ellos son inducción de proliferación, diferenciación celular, hipertrofia, inflamación, apoptosis,
metabolismo de carbohidratos y transcripción de genes. La activación de estas proteínas, es mediada por receptores del tipo tirosina
kinasa, como el receptor de insulina.
Papel de la fosfatidilinositol-3-kinasa
Esta enzima está compuesta por una subunidad catalítica con actividad fosfolipídica y serina kinasa; y otra subunidad
reguladora con dominios SH2. Los dominios SH2 pueden unirse a los múltiples sitios de tirosinas fosforiladas que están
presentes en las moléculas adaptadoras y así activar a la PI3K.
La IP3K actúa sobre el fosfatidilinositol (PI), fosforilándole en la posición 3, también puede fosforilar otras formas ya
fosforiladas de este PI, como el PI-4-P y el PI-4,5-P2, dando lugar a los correspondientes PI-3,4-P2 y PI-3,4,5-P3.
Estos fosfolípidos pueden ser sustratos por un lado de la fosfolipasa C (PL-C), dando lugar a otros mensajeros, que
quizás estimulando a la protein kinasa C (PK-C), inducen la translocación y activación del transportador de glucosa.
Además, el PIP3 puede considerarse como un sitio adaptador para un dominio de la proteína kinasa B (PKB/AKT) y de
ciertas kinasas dependientes de fosfolípidos, como la PDK1 y la PDK2.
La PKB/AKT es una serina/treonina kinasa que se activa tras la fosforilación de estos aminoácidos por las kinasas
dependientes de fosfolípidos. La estimulación de la PKB/AKT induce la captación y metabolización de la glucosa,
síntesis de glucógeno y de proteínas.
Papel de las kinasas fosforiladas de serinas y treoninas
La fosforilación en el IR de determinadas serinas y treoninas tiene importancia en las acciones biológicas de la insulina,
dicha fosforilación lo realiza la PK-C, lo cual provoca una inhibición de la actividad tirosina kinasa del IR. De acuerdo
a esto la activación positiva sería la fosforilación en residuos de tirosina, y la negativa seria la fosforilación de residuos
de serina por distintas kinasas.
Papel de las tirosinas fosfatasas
Estas actúan en la inhibición del mecanismo de acción de la insulina. La fosfatasa SHP2 puede acoplarse al IR sin
desfosforilarlo y puede unirse al IRS1 desfosforilándolo. Esta desfosforilación del IRS1 por la SHP2 produce
inactivación del mecanismo de MAPK.
En la diabetes tipo 2, y en la insulino resistencia propia de la obesidad visceral, la falta de sensibilidad de los tejidos a la insulina
es causada por defectos en el receptor y en las señales de transducción de la insulina en IRS-1, y en la cascada de PI3K. Ello se
traduce en una reducida estimulación del transporte de glucosa a través de la translocación de GLUT 4 desde el citosol hacia la
membrana plasmática en las células del músculo esquelético.
La insulina y la contracción muscular, estimulan la captación de glucosa a través de GLUT 4 por intermedio de proteínas señales
diferentes, y es posible que esta sea una de las razones por las cuales el ejercicio físico está asociado a un mejoramiento en la
homeostasis de la glucosa y en la sensibilidad a la insulina. Esto sería debido a que el entrenamiento físico lleva a modificaciones en
la expresión y actividad de proteínas clave involucradas en la cascada de señalización de la insulina, manifestándose un incremento
en el transporte de glucosa en el músculo esquelético. Estos cambios estarían relacionados con una modificación en la actividad de
diversas proteínas señal, como MAP kinasas, AMPK, Akt, que están asociadas en parte con un incremento en la actividad
transcripcional, con consiguientes cambios en la síntesis de proteínas incluyendo GLUT 4 e insulina, incrementando su acción con
el ejercicio.
4
Acciones de la insulina
La actividad de la insulina en un momento dado, no solo depende de la cantidad absoluta presente, sino del balance
entre ella y las hormonas antagonistas, disponibilidad de sustratos extra e intracelulares, actividad enzimática, etc.
Sus acciones pueden clasificarse según el tiempo que necesita la hormona para ejercerlas:
‰ Acciones rápidas, que se ejercen en segundos, fundamentalmente por la modulación de la actividad enzimática;
como la estimulación de la entrada a las células de la glucosa, aminoácidos y K+.
‰ Acciones lentas, que se ejercen en horas, como sus acciones a nivel del material genético de determinadas células,
que permite el aumento del ARNm para determinadas enzimas; afectando la concentración de las mismas.
En el hígado:
• Incrementa la actividad y estimula la síntesis de
glucokinasa, favoreciendo la utilización de la
glucosa.
• Aumenta la vía de las pentosas que aporta
NADPH al estimular a la Glucosa-6-fosfato
deshidrogenasa.
• Aumenta la glucólisis por estimulación de la
glucokinasa, fosfofructokinasa I y de la
piruvatokinasa.
• Favorece la síntesis de glucógeno estimulando la
actividad de la glucógeno sintetasa (GS).
La GS existe en estado fosforilado y desfosforilado, la
forma activa está desfosforilada (GSa) y puede ser
inactivada a GSb por fosforilación, esto último por acción de una protein kinasa A, la cual es activada por AMPc. La
insulina incrementa la actividad de la GS por desfosforilación de la misma. Además la GS es regulada alostéricamente
por la glucosa-6-fosfato.
•
•
•
•
Reduce la gluconeogénesis, al disminuir principalmente la síntesis de la fosfo-enol-piruvato-carboxi-kinasa
(PEPCK).
Estimula la síntesis de proteínas.
Aumenta la síntesis de lípidos, al estimular la actividad de la ATP citrato liasa, acetil-CoA-carboxilasa,
“enzima málica” y de la hidroxi-metil-glutaril-CoA reductasa.
Inhibe la formación de cuerpos cetónicos.
En el tejido muscular:
• Estimula la entrada de glucosa (por
translocación de los GLUT 4 hacia la
membrana).
• Aumenta la glucólisis por estimulación de la
fosfofructokinasa I y de la piruvatokinasa.
• Estimula la síntesis de glucógeno al estimular
la actividad de la GS.
• Favorece la entrada de aminoácidos en la célula
y su incorporación a las proteínas, estimula la
síntesis e inhibe el catabolismo de proteínas.
• Estimula la captación y utilización de los
cuerpos cetónicos.
• La insulina estimula la bomba Na+/K+ lo que favorece la entrada de K+ a las células.
En el tejido adiposo:
• Estimula la captación (GLUT 4) y utilización de glucosa por el adipocito.
• Aumenta la vía de las pentosas que aporta NADPH al estimular a la Glucosa-6-fosfato deshidrogenasa.
• Favorece la captación de ácidos grasos al estimular a la enzima lipoproteinlipasa 1, que degrada los
triglicéridos contenidos en las lipoproteínas.
• Estimula la síntesis de triglicéridos (al promover la glucólisis y la vía de las pentosas) e inhibe los procesos de
lipólisis, por lo que se favorece la acumulación de éstos en los adipocitos.
5
GLUCAGON
Estructura química
Es un péptido de 29 aminoácidos sintetizado y segregado por las células α del páncreas endocrino. La estructura de
glucagón es idéntica en todos los mamíferos y ha conservado un alto grado de analogía a lo largo de la evolución.
Biosíntesis y secreción. Regulación
El glucagón deriva del procesamiento selectivo por las células α de un precursor llamado preproglucagón.
Las secuencias de aminoácidos derivadas de los genes de preproglucagón se conservan entre mamíferos, y los productos
derivados del mismo gen (glucagón y GLP-1) se mantienen a través de la evolución de las especies, lo que sugiere la
importancia de los procesos fisiológicos mediados por estas hormonas.
La región transcripta del gen de preproglucagón está compuesta por seis exones que comprenden dominios de ARNm
funcionalmente diferentes: una región 5’ que no se traduce, la secuencia N-terminal de señal (característica de
prehormonas que están destinadas a atravesar las membranas durante el proceso de biosíntesis), las secuencias que dan
lugar a glucagón, GLP-1, GLP-2 y la región, tampoco traducida, 3’. Uniones alternativas de los exones originarían
ARNm distintos, codificando cada uno glucagón o GLPs.
Se han descrito cinco elementos de control de la transcripción de ADN en el promotor del gen: G1, G2, G3, CRE e
ISE. El primero confiere expresión específica del gen de glucagón en el páncreas, y G2 y G3 son activadores de la
transcripción en las células de los islotes pancreáticos, pero no se restringen a ellas. CRE estimula la transcripción del
gen de preproglucagón mediada por AMPc, e ISE es determinante para la expresión transcripcional del gen en célu1as
intestinales.
El ARNm del preproglucagón se expresa en páncreas e intestino humanos, así como en cé1ulas del núcleo del tracto
solitario.
El procesamiento alternativo al que es sometido el preproglucagón, en los diferentes tejidos, parece ser el resultado de
la expresión diferencial de un grupo de enzimas, llamadas prohormona convertasas, que tienen capacidad para romper
la molécula en lugares específicos de la unión entre aminoácidos. Dos, de las cinco convertasas identificadas, se
expresan en el páncreas con niveles altos.
La secreción de glucagón está regulada principalmente por nutrientes y hormonas, siendo la glucosa y la insulina los
más importantes.
La secreción de glucagón e insulina por el páncreas insular depende, en gran medida, de la concentración de glucosa del
líquido extracelular. La glucosa tiene un efecto directo en la secreción de glucagón y otro indirecto mediado por
insulina. El glucagón aumenta durante el ayuno y el ejercicio, que inducen una caída de la glucemia. Cuando sucede
esto, el aumento de glucagón va asociado siempre a una disminución de la insulina. Por el contrario, cuando la glucemia
aumenta, la secreción de glucagón se suprime; este efecto está en gran parte mediado por el incremento en la secreción
de insulina, inducida por la hiperglucemia, que inhibe la secreción de glucagón.
Hoy se conoce que la glucemia por sí misma tiene un efecto independiente de la insulina sobre la secreción de
glucagón.
La respuesta de las células α a la ingesta de nutrientes depende también de la liberación de hormonas intestinales,
algunas con acción estimulante (colecistoquinina) y otras con acción inhibidora (GLP-1).
Otras hormonas, además de las insulares e intestinales, modulan la secreción de glucagón. Las hormonas contrarreguladoras ejercen su acción hiperglucemiante parcial o totalmente, a través del estímulo de la secreción de glucagón.
Por último, existe un control neural mediado por neurotransmisores. La norepinefrina estimula la secreción del
glucagón (e inhibe la de insulina) vía α y β receptores.
Varios nutrientes y efectores que estimulan y suprimen la secreción de glucagón o GLP también ejercen un control
semejante sobre la expresión del gen del preproglucagón a varios niveles: transcripción, estabilidad de ARNm o traducción.
Factores moduladores de la secreción de Glucagón
Estimuladores
)
)
)
)
)
)
)
)
Hipoglucemia
Ejercicio
Ayuno
Aminoácidos
Estimulo simpático
Estimulo parasimpático
VIP y Acetilcolina
GIP, Gastrina y Colecistoquinina (CCK)
Inhibidores
)
)
)
)
)
)
)
Glucosa
Ácidos grasos
Cetonas
GABA
Insulina
Secretina
Somatostatina
Mecanismo de acción y acciones biológicas
El glucagón induce en el hepatocito una cascada catabólica. Su acción se inicia al unirse a la subunidad reguladora del
receptor de membrana, activando la adenilciclasa e incrementando los niveles de AMPc intracelular. Este activa a una
6
protein kinasa A, que inicia todas las acciones conocidas del glucagón, fosforilando enzimas clave y redirigiendo su
actividad hacia el catabolismo.
Existe una segunda vía de acción del glucagón no mediada por AMPc, sino a través de un incremento en el calcio
citosólico que activaría una protein kinasa C. Se desconoce qué proteínas son fosforiladas como consecuencia de esta
activación.
El glucagón desempeña un papel importante como proveedor de combustibles al sistema nervioso central (SNC) en el
período de ayuno. En el estado no cetósico, los requerimientos de energía del SNC sólo pueden ser cubiertos por
glucosa, sin la cual, la función cerebral se altera y se produce daño celular. Las acciones del glucagón tienen lugar
fundamentalmente en el hígado y el resultado final es la liberación de glucosa a la sangre:
¾
Estimula la glucogenólisis: al fosforilar a la fosforilasa b (inactiva) y convertirla en fosforilasa a (activa). Esta es
la enzima limitante de la glucógenolisis.
¾
Inhibe la glucogenogénesis: fosforilando la GSa, por lo que se convierte ésta en la forma b ó inactiva.
¾
Estimula la gluconeogénesis e inhibe la glucólisis: disminuyendo los niveles intracelulares de fructosa 2-6
difosfato, al fosforilar una enzima bifuncional, que dependiendo de su estado de fosforilación, puede actuar como:
1) Fosfofructokinasa II que convierte fructosa-6-fosfato en fructosa 2-6 difosfato.
2) Fructosa 2-6 difosfatasa que invierte la reacción convirtiendo fructosa 2-6 difosfato en fructosa-6-fosfato.
La fructosa 2-6 difosfato es un estimulador de la glucólisis y un inhibidor de la gluconeogénesis. El resultado de la
depleción de fructosa 2-6 difosfato es un incremento de la producción de glucosa a partir de precursores no glucídicos y
una disminución del piruvato, sustrato para la lipogénesis.
¾
Inhibe la lipogénesis al reducir la concentración de malonil-CoA, el primer producto intermedio de la lipogénesis.
El glucagón reduce los niveles de
malonil-CoA
por
un
doble
mecanismo:
1.) Inhibiendo la glucólisis (limitando la
producción de piruvato).
2.) Inhibiendo la acetil-CoA carboxilasa,
la cual convierte la acetil-CoA en malonilCoA.
¾
Favorece la cetosis. La reducción de
los
valores
de
malonil-CoA
desinhiben la carnitina-palmitoiltransferasa (CPT), permitiendo que
los ácidos grasos sean transportados
a las mitocondrias, donde serán
oxidados a cuerpos cetónicos. Los
cuerpos cetónicos pueden convertirse
así en combustibles del SNC en los
estados cetósicos.
Glucagón y diabetes
Mientras las células α representan entre el 20 al 25% de un islote normal, pueden alcanzar más del 70% en el paciente
diabético. La hiperglucagonemia es un factor cardinal de la diabetes mal controlada. La hiperfunción de las células α,
característica de la DM tipo 1, puede ser atribuida a la destrucción de las células β y la concomitante deficiencia de
insulina dentro del islote. La cascada catabólica completa de la diabetes incontrolada no ocurre en ausencia de
glucagón.
REGULACIÓN DE LA GLUCEMIA
En el control del metabolismo energético es un factor decisivo el estado de fosforilación de determinadas proteínas cuya
modificación covalente de la estructura primaria motiva aumento o pérdida de su actividad. El predominio de una u otra
forma (fosforilada/no fosforilada) viene determinada por la relación de actividades catalíticas proteína
kinasa/fosfoproteína fosfatasa, enzimas que, a su vez, están sometidas a un control hormonal: la insulina (I) estimula la
actividad fosfoproteína fosfatasa y, por consiguiente, la desfosforilación de enzimas; el glucagón (G), por el contrario,
estimula la fosforilación de las mismas a través de la activación de varias proteínas kinasa. Mediante el equilibrio entre
7
la relación de concentraciones plasmáticas de insulina y de
glucagón ([I]/[G]), el organismo mantiene la glucemia casi
constante a pesar de las grandes fluctuaciones de la ingesta.
Cuando la concentración de glucosa en plasma es superior al
valor normal, las células β del páncreas captan rápidamente el
monosacárido mediante la proteína transportadora de glucosa
GLUT 2. La elevada constante de transporte propia de esta
proteína (aproximadamente 60 mM) permite la entrada de
glucosa según una cinética lineal y no saturable en condiciones
fisiológicas. En el interior celular, la glucosa, por la acción
catalítica de la glucokinasa, se convierte inmediatamente en
glucosa-6-fosfato que sigue la vía glucolítica. La activación de
esta ruta degradativa favorece la entrada de Ca2+ en las células
pancreáticas a través de los canales situados en la membrana
plasmática y, como consecuencia, la liberación de insulina por
exocitosis.
Por otra parte, el descenso de la concentración de glucosa que se
produce durante el ayuno induce a que las células α del páncreas
secreten glucagón. Esta hormona se une a receptores específicos
(presentes en hepatocitos y adipocitos) que a su vez se acoplan a
proteínas G heterotriméricas, lo que activa la cascada de
señalización de la adenilato ciclasa. Esta enzima asociada a la
membrana plasmática cataliza la transformación de ATP en
AMPc, segundo mensajero que, al unirse a algunas proteínas
citosólicas, modula su actividad biológica.
Enzimas cuya actividad catalítica se regula por fosforilación.
Pasaremos a detallar una serie de enzimas con importante función reguladora de diferentes vías metabólicas y cuya
actividad catalítica depende de su estado de fosforilación, que a su vez viene determinado por la actividad de proteínas
kinasa y fosfoproteínas fosfatasa dependiente de la señal hormonal [I]/[G].
Entre las enzimas indicadas, son sustratos de la PKA: la glucógeno sintetasa, la piruvato kinasa, la acetil-CoA
carboxilasa y la lipasa hormono sensible. La fosforilación y activación de la glucógeno fosforilasa depende de la
glucógeno fosforilasa kinasa, enzima que es sustrato de la PKA. Todas las enzimas citadas en su estado fosforilado
son sustrato de la fosfoproteína fosfatasa cuya actividad se estimula en respuesta a la insulina.
Son también sustratos de la PKA las proteínas que se citan a continuación y que desempeñan importantes funciones
reguladoras:
1) La enzima bifuncional fosfofructokinasa 2/fructosa-2,6-bifosfatasa encargada de sintetizar y degradar la
fructosa-2,6-bifosfato. Este metabolito es importante activador de la fosfofructokinasa 1, enzima clave en el
control de la vía glucolítica. La fructosa-2,6-bifosfato es también inhibidor de la fructosa-1,6-bifosfatasa,
reguladora de la gluconeogénesis. El incremento de la relación [I]/[G], regula la velocidad de ambas vías centrales
del metabolismo de la glucosa, tanto por la detención de los procesos de fosforilación (inducidos por la proteína
kinasa), como por la estimulación de la hidrólisis de enlaces éster fosfato (catalizada por la protein fosfatasa).
2) La proteína inhibidora de la protein fosfatasa que se activa por fosforilación. En su estado fosforilado, este
inhibidor contribuye al mantenimiento de la glucógeno fosforilasa kinasa y por lo tanto de la glucógeno fosforilasa
en su forma activa (fosforilada); a la vez, este estado de fosforilación inactiva a la glucógeno sintetasa y como
consecuencia, la glucógenolisis es muy activa. El incremento de la relación [I]/[G], favorece la desfosforilación de
las enzimas del metabolismo del glucógeno y conduce a la estimulación de la glucógeno génesis.
SOMATOSTATINA
Estructura química
En 1973 Brazeu y cols., a partir de extractos hipotalámicos de oveja, aislaron y secuenciaron una molécula que llamaron
Somatostatina (SS), porque tenia la propiedad de inhibir la secreción de la hormona de crecimiento (GH). La molécula
purificada estaba formada por 14 aminoácidos con una estructura cíclica por la unión intramolecular de dos residuos de
cisteína. Cuando más tarde se sintetizó la molécula lineal, se comprobó que tenía la misma actividad biológica que la
forma cíclica.
8
En 1975 Schally y cols. aislaron v secuenciaron SS a partir de extractos de hipotálamo porcino, comprobándose que
tenía la misma estructura que la somatostatina ovina, y describieron la presencia de otras formas de mayor peso
molecular que eran también, inmunológica y biológicamente activas.
La somatostatina circula en el plasma preferentemente en dos formas: SS14 (péptido de 14 aa) y SS28 (SS14 con una
extensión de catorce aminoácidos en el segmento N-terminal). SS28 tiene muchas de las acciones de la SS14, pero
difiere en potencia y en distribución.
Biosíntesis
La SS se sintetiza en las células δ de los islotes pancreáticos (5-10 % de las células insulares). Ambos péptidos (SS14 y
SS28) proceden de un precursor común (preprosomatostatina), son codificados por el mismo gen, y no son
interconvertibles dentro de la circulación. Las diferentes proporciones halladas en plasma probablemente reflejan
diferencias en el procesamiento específico de la molécula precursora por los tejidos de origen.
La expresión del gen de preprosomatostatina está regulada por AMPc, y se ha podido observar que existe una
disociación en su regulación en diferentes tejidos.
Funciones
La somatostatina tiene un gran espectro de acciones inhibidoras y se encuentra ampliamente distribuida en los tejidos,
incluido el hipotálamo, otras áreas del sistema nervioso central, el páncreas y el aparato digestivo.
Los efectos biológicos de la SS están mediados por cinco subtipos diferentes de receptores de SS (SS-Rs) que están codificados por cinco genes, pertenecientes a distintos cromosomas. Los diferentes subtipos se expresan en los tejidos de
forma desigual, tienden a ser específicos del tejido, difieren en sus efectos en la función celular y muestran especificidad de unión a diferentes agonistas. Ambas formas de SS circulante, SS14 y SS28, difieren en potencia y afinidad por el receptor. Se ha demostrado en ratas que SS14 y SS28 inhiben la secreción de glucagón e insulina, sobre todo,
por la vía SS-R2 y SS-R5 respectivamente.
Todos los subtipos pertenecen a una gran familia de receptores de membrana acoplados a proteínas G. El único factor
molecular común es la presencia de una estructura helicoidal con siete dominios transmembrana conectados entre sí,
con una porción amino-terminal localizada extracelularmente y un segmento C-terminal intracelular.
Se piensa que la SS unida al receptor activa a una o más proteínas G inhibidoras, que actúan disminuyendo el AMPc y
el calcio intracelular desencadenando sus acciones específicas mediante mecanismos poco conocidos.
En el hipotálamo, la SS inhibe principalmente las secreciones de GH y de TSH, comportándose como una verdadera
neurohormona.
En el páncreas endocrino, la SS inhibe la secreción de
Funciones de la Somatostatina
insulina, glucagón y polipéptido pancreático por una acción paracrina. También es capaz de autorregularse al in- ) Inhibe la secreción de GH y TSH en la hipófisis.
hibir la propia secreción de las cé1u1as δ (acción ) Inhibe la secreción de gastrina, VIP, motilina,
autocrina). Además inhibe la secreción de bicarbonato y
neurotensina, GIP y ácido en tracto gastrointestinal.
enzimas digestivas en el páncreas exocrino.
) Inhibe la absorción de calcio, glucosa, aminoácidos y
En el tracto gastrointestinal, la SS tiene una doble procetriglicéridos en el intestino delgado
dencia: el sistema nervioso autónomo (donde actuaría ) Inhibe el vaciamiento gástrico y disminuye la
como un neurotransmisor) y las célu1as δ, que se
motilidad intestinal.
localizan a lo largo de la mucosa digestiva desde el
) Disminuye
el
flujo
sanguíneo
en
arterias
estómago hasta el colon, siendo más abundantes en el
mesentéricas y celíacas.
fundus gástrico y en el antro duodenal. La secreción tiene
lugar en dos direcciones, hacia el intersticio y hacia la ) Produce vasoconstricción esplácnica.
luz intestinal, desde donde podría modular la secreción exocrina del intestino.
La somatostatina regula la secreción ácida del estómago por una acción directa en las células parietales e indirectamente
al reducir la liberación de secretagogos gástricos (gastrina e histamina). La gastrina y la disminución del pH gástrico
son potentes estimuladores de la secreción de SS.
La SS también disminuye la motilidad y el flujo sanguíneo gastrointestinal, acción esta última que puede explicar los
efectos beneficiosos de la SS en el tratamiento de las hemorragias digestivas.
Se ha demostrado la existencia de receptores de somatostatina en diferentes áreas del sistema nervioso central y de la
medula espinal. Actúa como un neurotransmisor o un neuromodulador.
Factores moduladores de la secreción de Somatostatina
Estimuladores
)
)
)
)
)
Glucosa
)
Aminoácidos: arginina y alanina
)
Péptido intestinal vasoactivo (VIP), CCK y Gastrina )
Secretina
Glucagón
Inhibidores
Ácidos grasos
Agonistas α-adrenérgicos
Galanina
9
POLIPEPTIDO PANCREATICO
Estructura química
Es un polipéptido de 36 aminoácidos con peso molecular de 4.200 Daltons. Pertenece a una familia de péptidos
neuroendocrinos relacionados estructuralmente, que engloba el péptido YY (PYY) y neuropéptido Y (NPY). Estos se
encuentran en muchas neuronas, tanto en el sistema nervioso central como en el periférico. Deriva de un precursor o
propolipéptido pancreático, que da también origen a un segundo péptido cosecretor, el icosapéptido, del que no se ha
descrito ninguna actividad biológica.
Biosíntesis y secreción. Regulación
Es secretado por las células PP o F del islote, más abundantes en la cabeza del páncreas, en la zona más próxima al
duodeno, y que deriva ontogénicamente del lóbulo ventral. Se encuentran en la periferia del islote, o en pequeños nidos
celulares entre el tejido exocrino.
También se sintetiza fuera del páncreas en íleon terminal, colon, recto y sistema nervioso central y periférico.
Existen varios factores que influyen en la secreción del polipéptido pancreático. Se produce un incremento rápido del
mismo con la ingesta. Las proteínas son el estímulo más potente, mientras que las grasas son ligeramente menos
eficaces. Existe también un incremento plasmático tras la administración de glucosa por vía oral, o tras la hipoglucemia
inducida por la insulina, sin embargo, la glucosa endovenosa puede disminuir sus niveles o no producir ninguna
variación dependiendo de la duración de la infusión. Respecto a la edad, los niveles de polipéptido pancreático
aumentan con la misma. Otros factores que elevan los niveles de polipéptido pancreático son las hormonas gastrointestinales, el estrés y el ejercicio.
Respecto a los factores inhibidores, además de la glucosa endovenosa, se encuentra la somatostatina.
Se ha postulado la existencia de un eje entero-polipéptido pancreático con un componente vagal y hormonal, que
explicaría el diferente efecto de los nutrientes cuando se administran por vía oral y parenteral. El péptido relacionado
con la colecistoquinina (CCK-like) es el candidato hormonal más probable de dicho eje.
Factores moduladores de la secreción del Polipéptido Pancreático
)
)
)
)
)
)
Estimuladores
Principalmente el nervio Vago
Acetilcolina
Arginina
Ayuno
Ejercicio
Hipoglucemia
Inhibidores
)
)
)
Atropina
Somatostatina
Glucosa
Funciones
No están bien caracterizadas en seres humanos, pero parecen consistir en la regulación de la función gastrointestinal,
mediante su influencia, tanto sobre la secreción pancreática exocrina, como sobre el vaciamiento de la vesícula biliar.
• Secreción de fluidos y electrolitos en intestinos grueso y delgado.
• Secreción de fluidos, bicarbonato y proteínas a partir del páncreas exócrino.
• Motilidad intestinal: aumento del vaciamiento gástrico, prolongación del tiempo de tránsito en intestino.
• Relajación del músculo liso de vesícula biliar.
• Además, parece ejercer una función inhibitoria sobre la secreción de motilina y somatostatina.
Se sabe poco del receptor del polipéptido pancreático y no se conoce su distribución tisular.
El papel fisiológico del polipéptido pancreático no está bien establecido, pero la inhibición de la colecistoquinina
(CCK) por el mismo determina la influencia de éste tanto en la contracción vesicular como en la función exocrina
pancreática.
Se han encontrado niveles disminuidos de polipéptido pancreático y de la respuesta de éste a varios estímulos en los
pacientes con patología pancreática exocrina, como la pancreatitis crónica y la fibrosis quística. Sin embargo, en la
patología pancreática endocrina, como la diabetes mellitus y los tumores de células de los islotes, en especial los MEN1, puede aumentar los niveles de polipéptido pancreático.
Los pacientes que tienen niveles elevados de polipéptido pancreático no tienen un cuadro clínico característico, aunque
un porcentaje pequeño de los sujetos con tumores productores de PP (PPoma), o con adenomatosis de células insulares,
presentan diarrea secretora, sin embargo, el polipéptido pancreático no se comporta como un secretagogo del intestino
delgado en los estudios experimentales, por lo que el origen de la diarrea podría ser la cosecreción de alguna otra
sustancia no identificada.
GLP-l (GLUCAGON-LIKE PEPTIDE-1)
Pertenece a la familia de los péptidos sintetizados a partir del gen del preproglucagón, y actualmente está siendo
estudiado con especial interés por su posible papel como sustancia terapéutica en diabetes mellitus tipo 2. Se sintetiza
10
en las células α de los islotes pancreáticos, en células L intestinales y en el sistema nervioso central y periférico.
Estructura química
Se trata de una hormona peptídica que comparte gran analogía con la secuencia primaria del glucagón (del 21 al 48% de
homología). Se han podido aislar varias isoformas: GLP-1 (1-37), GLP-1 (1-36), GLP-1 (7-37) y GLP-1 (7-36), sin
embargo, son las dos últimas las que poseen la actividad insulinotrópica más potente. Estas se originan a partir de
procesamiento postranscripción en células L intestinales.
Está constituida por una región N-terminal en forma de anillo (aminoácidos 1-7), dos segmentos helicoidales
(aminoácidos 7-14 y 18-29), y una zona de unión entre los residuos 15-17. Casi toda la secuencia de GLP-1 es necesaria
para mantener sus funciones fisiológicas.
Biosíntesis y secreción. Regulación
También codificado por el gen de preproglucagón, el péptido bioactivo fundamentalmente producido en páncreas es el
glucagón, mientras que en intestino y cerebro los productos bioactivos son, sobre todo, GLP. Esta síntesis alternativa es
efectiva durante el ayuno y el periodo postingesta. En el primer caso se produce glucagón en páncreas, que contribuye a
la movilización de glucosa desde los tejidos periféricos, y en el periodo postprandial se sintetiza GLP-1, que favorece la
liberación de insulina, y probablemente saciedad.
La mayor parte de GLP-1 circulante procede de las células L intestinales. La pequeña cantidad producida en páncreas
parece ser importante en el desarrollo de acciones local dentro de los islotes.
El procesamiento de preproglucagón por células especificas en páncreas origina en primer termino la producción de
glucagón. No obstante, una pequeña cantidad de GLP-1 completamente procesado (7-36 y 7-37) también puede
visualizarse en extractos pancreáticos humanos.
Se han postulado diferentes mecanismos de regulación de la síntesis y secreción de GLP-1, pero la mayor parte de los
estudios se han llevado a cabo en células L intestinales. Así, ha podido observarse que la glucosa administrada por vía
oral estimula la liberación de GLP-1. Lo mismo ocurre con los triglicéridos, grasas mixtas, ácidos biliares y oligopéptidos. Entre las hormonas, insulina y somatostatina inhiben la liberación de GLP-1, mientras que el GIP (Gastric
Inhibitory Polypeptide), sintetizado en las células K del duodeno, lo estimulan. Sin embargo, parece probable que todos
los factores mencionados anteriormente actúen a través de la rama celíaca del nervio vago. En seres humanos se ha demostrado que GRP (Gastrin Releasing Peptide), factor no adrenérgico/no colinérgico del nervio vago, estimula la
liberación de GLP-1 in vivo. Además, la atropina inhibe la secreción de GLP-1 en respuesta a sobrecarga de glucosa
oral.
Sin embargo, actualmente no existe acuerdo sobre los mecanismos que participan en el control de la expresión del gen
de preproglucagón.
GLP-1 se elimina por medio de filtración glomerular y catabolismo tubular en riñón, a través de aclaramiento hepático,
y en la circulación es degradado por la dipeptidasa tipo IV (DPP IV), que origina sus metabolitos principales: GLP-1 (936) y GLP-1 (9-37).
Funciones
Realiza sus funciones directamente, a través de los receptores específicos distribuidos por distintos tejidos, e
indirectamente a partir del núcleo del tracto solitario y sus ramificaciones viscerales.
El receptor de GLP-1 es miembro de la familia de receptores unidos a proteína G constituidos por siete dominios de
unión transmembrana. El segmento N-terminal es el dominio de unión específico para GLP-1, y cualquier sustitución en
su cadena de aminoácidos puede impedir su acción. El gen que lo codifica se encuentra localizado en el cromosoma 6
(6p21).
Su distribución es muy ubicua y se ha localizado en cerebro, pulmón, islotes pancreáticos, estómago, hipotálamo,
corazón, intestino y riñón.
La unión de GLP-1 a su receptor origina la síntesis de AMPc, que desencadena el cierre de los canales K+ dependientes
de ATP en célula β del páncreas. La despolarización de la membrana da lugar a la apertura de canales de calcio
dependientes de voltaje, elevando la concentración de calcio Funciones del GLP-1
intracelular. Además, el calcio puede aumentar en la célula a ) Estimulación de la secreción de insulina
partir de la activación de la vía de la fosfolipasa C y desde el
dependiente de la glucosa.
estimulo directo de GLP-1 sobre canales catiónicos no ) Participación en la motilidad intestinal.
selectivos, que favorecen el flujo de calcio hacia el interior
) Supresión de los niveles circulantes de glucagón.
de la célula. La elevación de los niveles de calcio
) Posiblemente,
desarrollo
de
saciedad
intracelular condiciona la exocitosis de insulina.
postingesta.
Por tanto, GLP-1 parece potenciar la liberación de insulina
en islotes pancreáticos, aumentando la efectividad del canal ) Aumento de la captación de la glucosa en tejidos
periféricos, independiente de la insulina.
de K+-ATP independientemente de glucosa. Por otra parte,
la activación de la vía AMPc/fosfokinasa A aumenta la liberación de insulina mediada por calcio, sólo en presencia de
glucosa.
Parece suprimir la liberación de glucagón desde células α, y estimular la secreción de somatostatina al actuar sobre
células δ.
11
En el estómago inhibe la secreción y el vaciamiento gástricos de forma indirecta, a través de receptores en sistema
nervioso central que conectan con el sistema vagal. En el pulmón se ha relacionado GLP-1 con inhibición de la secreción mucosa, relajación del múscu1o liso y secreción de surfactante pulmonar en neumocitos tipo II.
Muy prometedor resulta el hallazgo de que GLP-1, actuando sobre el hipotálamo, induce saciedad, pero no se conoce si
a través de producción de anorexia o de aversión alimentaria.
En hígado, músculo esquelético y tejido adiposo no se ha detectado receptores para GLP-l, sin embargo, ha podido
observarse que en ellos se comporta como factor anabólico, 1ipogénico y glucogénico.
En la hipófisis, a través de su unión a receptores acoplados a proteína C, puede estimular la síntesis y liberación de
ACTH.
POLIPEPTIDO AMILOIDE DE LOS ISLOTES
Se purificó originalmente de amiloide extraído del páncreas de pacientes con diabetes mellitus tipo 2; este péptido es
secretado por células β de los islotes en respuesta a glucosa o arginina.
Amilina e insulina se secretan en respuesta al mismo
estimulo, tienen los mismos picos de liberación pero ejercen
Funciones del Polipéptido Amiloide
) Inhibe la captación de glucosa en músculo efectos opuestos sobre el metabolismo de los carbohidratos.
Por lo tanto, la amilina parece desempeñar un papel
esquelético mediada por insulina.
) Inhibe la síntesis de glucógeno en músculo importante en la homeostasis de la glucosa, neutralizando los
efectos de la insulina.
esquelético.
En cuanto a su probable utilidad terapéutica, podría ser
) Estimula la liberación de glucosa desde el
potencialmente aplicable como tratamiento adyuvante a la
glucógeno hepático y muscular.
insulina para evitar hipoglucemias recidivantes.
)
)
Aumenta la producción de glucosa y su liberación.
Eleva la glucemia y el lactato en ayunas.
Hasta aquí se han comentado las hormonas peptídicas que mayor relevancia tienen en el funcionamiento del páncreas
endocrino, pero son muchos más los productos que han podido aislarse de fragmentos de páncreas humanos y animales,
entre ellos: secretina, VIP (Vasoactive Inhibitory Polypeptide), polipéptidos activadores de la adenilciclasa hipofisarias
(PACAP) y GRF (Gastrin Releasing Factor).
Además, cuando las células pancreáticas proliferan de forma anormal (tumores o hiperplasia), pueden producir
cantidades identificables de algunas hormonas intestinales: calcitonina, neurotensina, PTH-rP, CRH, MSH, GR, gastrina (Síndrome de Zollinger-Ellison), VIP (Verner Morrison), secretina, CCK, motilina, GIP, bombesina, encefalina y
PYY.
CONCLUSION
El páncreas es el órgano esencial para el control de la glucemia haciendo posible el mantenimiento, prácticamente
constante, de la concentración de glucosa en sangre. El equilibrio de la producción de glucosa, su captación y su
utilización en los tejidos periféricos esta regulado por una red de hormonas, vías nerviosas y señales metabólicas. Entre
los factores que controlan la producción de glucosa y su utilización, la insulina es el elemento esencial y dominante. En
ayuno la insulina está suprimida, lo que permite el incremento de la gluconeogénesis en el hígado y en el riñón y
favorece la generación de glucosa mediante el desdoblamiento del glucógeno hepático. Las concentraciones bajas de
insulina también reducen la captación y utilización de glucosa en los tejidos periféricos y permite que se produzca
lipólisis y proteólisis, lo que da lugar a la liberación de precursores para la gluconeogénesis y proporciona las fuentes
alternativas de energía. Durante la alimentación, la liberación de la insulina de las células β pancreáticas invierte este
proceso. La glucógenolisis y la gluconeogénesis se inhiben, reduciendo así la producción hepática y renal de glucosa; la
captación y utilización periférica de glucosa se potencia; la lipólisis y proteólisis se restringen, y se facilita el
almacenamiento de energía mediante la conversión de sustratos en glucógeno, triglicéridos y proteínas. Otras hormonas,
como el glucagón, adrenalina, hormona de crecimiento tienen funciones menos importantes en el control de flujo de
glucosa en condiciones fisiológicas.
A medida que las concentraciones de glucosa se aproximan y entran en niveles de hipoglucemia se produce una
secuencia característica de respuestas hormonales contrarreguladoras. El glucagón es la primera y más importante de
estas respuestas. Promueve la glucógenolisis y gluconeogénesis. La adrenalina tiene también una función importante en
la respuesta aguda a la hipoglucemia, especialmente cuando el glucagón es insuficiente. Así mismo estimula la
glucógenolisis y gluconeogénesis y limita la utilización de la glucosa por parte de los tejidos sensibles a la insulina.
Cuando se prolonga la hipoglucemia la hormona de crecimiento y el cortisol también reducen la utilización de glucosa y
contribuyen a su producción.
12
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