EXTRACCIÓN Y CUANTIFICACIÓN DEL GLUCÓGENO TISULAR

Prácticas de Bioquímica II
Práctica: Extracción y cuantificación del glucógeno tisular
EXTRACCIÓN Y CUANTIFICACIÓN DEL
GLUCÓGENO TISULAR
Objetivos
Al terminar el trabajo práctico los estudiantes estarán en capacidad de:
-
Describir el proceso de extracción del glucógeno tisular y el fundamento de la
reacción de color con antrona.
-
Calcular el contenido de glucógeno tisular (hepático y/o muscular).
-
Destacar la importancia del glucógeno hepático en el mantenimiento de la
norglicemia y discutir los factores que pueden modificar la concentración del
glucógeno hepático y/o muscular.
Introducción
Los seres vivos almacenan carbohidratos en forma de polisacáridos, siendo el
glucógeno el carbohidrato de reserva de la célula animal.
El glucógeno está formado por unidades monoméricas de glucosa unidas por
enlaces glucosídicos α-(1,4), cuando se unen aproximadamente entre 8-12 residuos,
ocurren puntos de ramificación donde se establecen enlaces α-(1,6).
α-(1,6)
α-(1,4)
Figura 1. Estructura de una porción de la molécula de glucógeno.
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Posterior a la ingesta de alimentos ricos en carbohidratos, la concentración de
glucosa sanguínea aumenta, favoreciendo la liberación de insulina en el páncreas y con
ello la síntesis del glucógeno (glucogénesis o glucogenogénesis), el cual es almacenado
en el citosol de las células del tejido hepático y muscular.
La glucogénesis requiere la activación de glucosa, siendo ésta transformada en
glucosa-6-fosfato por la enzima hexocinasa (tejido muscular) o glucocinasa (tejido
hepático), posteriormente la fosfoglucomutasa cataliza la conversión reversible de la
glucosa-6-fosfato a glucosa-1-fosfato. La glucosa-1-fosfato en presencia de UTP genera
UDP-glucosa en una reacción catalizada por la enzima UDP-glucosa pirofosforilasa.
Seguidamente la enzima glucógeno sintetasa cataliza la transferencia del grupo glucosilo
de la UDP-glucosa a los extremos no reductores del glucógeno y finalmente la enzima
ramificante (amilo-α-1,41,6 glucosil transferasa) origina los enlaces α-(1,6) creando
las ramificaciones de la molécula.
Figura 2. Reacción catalizada por la glucógeno sintetasa en la glucogénesis.
La degradación del glucógeno o glucogenólisis se presenta cuando la
concentración de glucosa sanguínea disminuye como consecuencia de la restricción de
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alimentos y se ve acentuada si adicionalmente el organismo se somete a una actividad
física prolongada. A continuación se presenta de forma esquemática, las reacciones
bioquímicas que se suceden durante la glucogenólisis.
Figura 3. Esquema de las reacciones enzimáticas que ocurren en la glucogenólisis.
El glucógeno hepático constituye una reserva importante en la reposición de
unidades de glucosa para mantener la concentración sanguínea dentro del rango
fisiológico para cada especie (norglicemia) en períodos de restricción de alimentos. De
esta manera, el hígado puede contener un gran porcentaje de glucógeno después de una
ingesta rica en glucosa, representando hasta un 10 % de su peso húmedo. Sin embargo,
después de 12-18 horas de ayuno, el hígado sufre una depleción significativa de
glucógeno.
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El glucógeno muscular disminuye de manera significativa sólo después de un
ejercicio vigoroso prolongado y rara vez se encuentra por encima del 2% de su peso
húmedo.
La regulación del metabolismo del glucógeno está influenciada por un equilibrio
entre las enzimas que participan en la glucogénesis o glucogenogénesis y en la
glucogenólisis, las cuales a su vez están bajo el control hormonal de la insulina y
glucagón o adrenalina, respectivamente.
Extracción del glucógeno tisular
El glucógeno es extraído del tejido (hepático o muscular) mediante tratamiento
con KOH (30%) hirviente. Con este tratamiento, las proteínas y lípidos complejos son
hidrolizados, pero no el glucógeno. Posteriormente, cuando se adiciona etanol, el
glucógeno se hace insoluble y los otros compuestos permanecen en solución. El
glucógeno insoluble es luego separado por centrifugación y determinado como glucosa,
sin previa hidrólisis.
Se ha demostrado que en tejidos con alto contenido de glucógeno, como hígado y
músculo (2-10 g% y 1-2 g% respectivamente), este polisacárido puede ser determinado
en presencia de proteínas y sin hidrólisis. Esto representa una ventaja sobre otros
métodos en los cuales hay que precipitar el glucógeno y someterlo a un proceso de
hidrólisis larga.
Determinación cuantitativa del glucógeno tisular
Una vez que el tejido ha sido sometido a digestión con KOH y precipitación con
etanol, el glucógeno es determinado espectrofotometricamente mediante la reacción con
antrona. La antrona es un derivado fenólico que forma complejo coloreado con todos los
carbohidratos, excepto alditoles y aminoazúcares. La reacción de los glúcidos con
antrona es muy sensible y tiene como fundamento la conversión en medio ácido de los
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carbohidratos en derivados furfúricos, los cuales reaccionan con la antrona produciendo
un color azul verdoso.
CH2OH
O
O
H2COH
+
H
Glucosa
O
H2COH
CHO
5-hidroximetilfurfural
OH
CHO
H+
+
5-hidroximetilfurfural
Compuestos de color
verde-azul
Antrona
Figura 4. Formación de 5-hidroximetilfurfural a partir de glucosa en medio ácido y su
reacción con la antrona.
MATERIALES Y REACTIVOS:
Materiales
-
Tejido hepático y muscular de rata o bovino.
-
Tubos de centrífuga de 15 mL
-
Cilindro graduado de 10 mL
-
Gradilla
-
Tubos de ensayo
-
2 Balones aforados de 100 mL
-
Espectrofotómetro
Reactivos
-
KOH al 30%
-
Etanol al 95%
-
Estándar de glucosa de concentración 2 mg%
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Reactivo de antrona: contiene 0,2 g de antrona en 100 mL de H2SO4 al 95%. No es
estable y debe ser preparado diariamente.
PARTE EXPERIMENTAL
Extracción: (digestión alcalina y precipitación etanólica).
- En un tubo de centrífuga de 15 mL coloque 5 mL de KOH al 30%.
- Agregar entre 0,1 y 0,5 g de hígado o músculo.
- Colocar el tubo en baño de agua hirviente por 15 minutos agitando ocasionalmente.
- Dejar enfriar.
- Agregar 6 mL de etanol al 95% y mezclar durante 5 minutos. Centrifugar por 10
minutos.
- Descartar el sobrenadante y dejar drenar los tubos sobre el papel de filtro por unos
minutos.
Cuantificación: (reacción de color con el reactivo de antrona).
- Agregar 5 mL de agua destilada al precipitado obtenido en la parte anterior (contiene
glucógeno) y disolver lentamente con cuidado.
- Preparar una dilución 1:100 de glucógeno, agregando 1 mL de la solución de
glucógeno en un balón de 100 mL y aforando con agua destilada. Repetir dicha
dilución para muestras de hígado (dilución 1/10.000), de ser necesario.
- Preparar los siguientes tubos:
REACTIVOS
TUBO 1
BLANCO
TUBO 2
ESTANDAR
TUBO 3
MUESTRA
Glucógeno diluido
----
----
1 mL
Estándar de glucosa 2 mg%
----
1 mL
----
Agua destilada
1 mL
----
----
Reactivo de antrona
2 mL
2 mL
2 mL
- Mezclar y esperar 10 minutos.
- Ajuste a cero (0,00) el espectrofotómretro con el tubo blanco.
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- Leer la absorbancia de todos los tubos a una longitud de onda de 620 nm utilizando
el espectrofotómetro.
TUBO
ABSORBANCIA
Estándar
Muestra
Cálculos: calcule el contenido de glucógeno (g %) siguiendo los pasos:
1. Cálculo la alícuota de tejido utilizado.
5 mL
g total de tejido utilizado (hígado o músculo)
1 mL
X
X = g de tejido utilizado contenidos en 1 mL
La alícuota de tejido se calcula considerando que en los 5 mL de la solución original está
el glucógeno correspondiente a la cantidad de tejido adicionada inicialmente. De esta
solución se tomará 1 mL, el cual será diluido cien veces (1:100). A partir de ello se
determinan los gramos del tejido utilizado contenidos en esta alícuota.
100 mL (dilución total)
1 mL
g de tejido utilizado contenidos en 1 mL
X
X = g de tejido contenido en 1 mL de la dilución 1:100
Esto se deduce de:
1.1. En 1 mL de la solución original está el glucógeno contenido en los gramos de tejido
calculados en el paso anterior.
1.2. Si preparó una dilución 1:100, quiere decir que en 100 mL se encuentra el
glucógeno correspondiente a 1 mL de la solución original.
1.3. En 1 mL de la solución anterior, que es el volumen usado para la reacción de color,
hay el glucógeno correspondiente a los gramos de tejido calculados en el último paso.
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2. Cálculo de la cantidad de glucosa presente en el tubo.
Am x
CSt
Cm =
ASt x
alicuota de tejido utilizado
Donde:
Cm: concentración de la muestra
Am: absorbancia de la muestra
CSt: concentración del estándar
ASt: absorbancia del estándar
3. Cálculo del contenido de glucógeno (g%) en la muestra
La cantidad de glucógeno detectada como glucosa debe corregirse multiplicando la
misma por el factor 0,9. Este factor proviene de la división del peso molecular de la
glucosa en forma de glucógeno (162 g/mol) entre el peso molecular de la glucosa (180
g/mol).
El peso molecular de la glucosa en forma de glucógeno se obtiene restándole al peso
molecular de la glucosa, el peso molecular del agua (18 g/mol) que se desprende durante
la formación del enlace glucosídico.
AUTOEVALUACIÓN:
1. ¿Qué factores pueden influenciar el contenido de glucógeno en hígado de rata?
2. Una muestra de 25 mg de glucógeno hepático fue hidrolizado con 2 mL de ácido
sulfúrico 2 M. El hidrolizado fue neutralizado y diluido hasta 10 mL. Si el contenido
final de glucosa en la solución fue de 2,5 mg/mL ¿Cuál es la pureza del glucógeno
aislado?
3. Describa de que manera los siguientes factores afectaran la velocidad a la cual es
metabolizado el glucógeno de una rata.
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a) Aumento en la concentración de glucagón.
b) Aumento en la concentración de calcio.
c) Incremento en la concentración de glucosa.
4. ¿Cómo puede demostrarse que el glucógeno además de presentar enlaces glucosídicos
α-(1,4) también contiene uniones α-(1,6)?
5. Para una molécula de glucógeno compuesta por 10000 moléculas de glucosa e
hidrolizada totalmente mediante procedimientos enzimáticos, diga:
- ¿Qué pesa más, la molécula de glucógeno o las 10000 moléculas de glucosa?
- ¿Cuál es la diferencia de peso en porcentaje?
Bibliografía
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McKee, T.; McKee, J. Bioquímica. 3era Ed. Editorial McGraw Hill-Interamericana.
España, 2003.
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