Absorción de azúcares en el intestino y su regulación

Absorción de azúcares en el intestino y su regulación

Miriam Moya Barrientos.
4º Grado de Bioquímica. Bases Bioquímicas de la Nutrición Humana.
Curso 2020/2021

La glucosa es absorbida por los enterocitos gracias a la existencia de un canal dependiente de sodio, SGLT1, transporte activo secundario, pero también puede absorberse por el transportador GLUT2, un mecanismo de difusión facilitada.

Transportador GLUT2

GLUT2 transporta glucosa y fructosa (que también puede transportarse por GLUT5). Está presente en la membrana basolateral de los enterocitos y, además, es capaz de insertarse en la membrana apical como respuesta a una alta concentración de glucosa.

En ausencia de glucosa existen unos niveles basales de GLUT2 apicales y se mantiene constante hasta una concentración de 20 mM de glucosa. Cuando se llega a 30 mM aumenta su nivel apical y a unos 100 mM el nivel de transportadores en membrana apical es el doble que en ausencia del glúcido.

Este se controla por Ca2+ , receptores del gusto dulce y hormonas paracrinas y endocrinas. Asimismo,se ve afectado por la contracción del anillo de actomiosina perijunctional, el cual está activado por incremento de Ca2+ (explicado posteriormente).

Sistemas de transporte implicados en la toma de azucares del enterocito
Kellett, G. L., Brot-Laroche, E., Mace, O. J. y Leturque, A. (2008). Sugar absorption in the intestine: the role of GLUT2. Annu. Rev. Nutr., 28, 35-54. doi: 10.1146/annurev.nutr.28.061807.155518
Figura 1. Sistemas de transporte implicados en la toma de azúcares del enterocito. La membrana apical posee receptores del gusto dulce (T1R2/3), GLUT2 (afín a glucosa y fructosa), cotransportador SGLT1 (simporte de glucosa y sodio), canal de calcio (Cav1.3) y GLUT5 (transportador de fructosa). Una vez en el interior, la glucosa y la fructosa pueden ser liberadas al torrente sanguíneo gracias a la presencia de GLUT2 basolateral (Kellett, Brot-Laroche, Macey Leturque, 2008).

El GLUT2 humano cotransporta solo 35 moles de agua por mol de 3-Ometilglucosa en comparación con los 210 moles asociados a SGLT1. No obstante, dado que el GLUT2 apical es de tres a cinco veces mayor que SGLT1, a concentraciones elevadas de glucosa, GLUT2 podría representar entre el 33% y el 45% del transporte de agua intestinal durante una comida.

En humanos, GLUT2 aumenta drásticamente en diabetes con hiperfagia, hiperglicemia e insulinopenia. La acción defectiva de insulina lleva a que GLUT2 se encuentre permanentemente en la membrana apical.

GLUT2 transporta glucosa y fructosa (que también puede transportarse por GLUT5). Está presente en la membrana basolateral de los enterocitos y, además, es capaz de insertarse en la membrana apical como respuesta a una alta concentración de glucosa.

En ausencia de glucosa existen unos niveles basales de GLUT2 apicales y se mantiene constante hasta una concentración de 20 mM de glucosa. Cuando se llega a 30 mM aumenta su nivel apical y a unos 100 mM el nivel de transportadores en membrana apical es el doble que en ausencia del glúcido.

Este se controla por Ca2+ , receptores del gusto dulce y hormonas paracrinas y endocrinas. Asimismo,se ve afectado por la contracción del anillo de actomiosina perijunctional, el cual está activado por incremento de Ca2+ (explicado posteriormente).

Sistemas de transporte implicados en la toma de azucares del enterocito
Kellett, G. L., Brot-Laroche, E., Mace, O. J. y Leturque, A. (2008). Sugar absorption in the intestine: the role of GLUT2. Annu. Rev. Nutr., 28, 35-54. doi: 10.1146/annurev.nutr.28.061807.155518
Figura 1. Sistemas de transporte implicados en la toma de azúcares del enterocito. La membrana apical posee receptores del gusto dulce (T1R2/3), GLUT2 (afín a glucosa y fructosa), cotransportador SGLT1 (simporte de glucosa y sodio), canal de calcio (Cav1.3) y GLUT5 (transportador de fructosa). Una vez en el interior, la glucosa y la fructosa pueden ser liberadas al torrente sanguíneo gracias a la presencia de GLUT2 basolateral (Kellett, Brot-Laroche, Macey Leturque, 2008).

El GLUT2 humano cotransporta solo 35 moles de agua por mol de 3-Ometilglucosa en comparación con los 210 moles asociados a SGLT1. No obstante, dado que el GLUT2 apical es de tres a cinco veces mayor que SGLT1, a concentraciones elevadas de glucosa, GLUT2 podría representar entre el 33% y el 45% del transporte de agua intestinal durante una comida.

En humanos, GLUT2 aumenta drásticamente en diabetes con hiperfagia, hiperglicemia e insulinopenia. La acción defectiva de insulina lleva a que GLUT2 se encuentre permanentemente en la membrana apical.

Receptores de Gusto Dulce: T1R2-T1R3

Se piensa que los enterocitos expresan estos receptores para regular el GLUT2 apical bajo un enfoque fisiológico y nutricional.

El rango de concentración de glucosa de 30 mM a 100 mM está controlado por estos receptores, los cuales favorecen el aumento de GLUT2 en la membrana apical.

Los azúcares glucosa, fructosa, sacarosa inducen un incremento máximo de Ca2+ en concentraciones superiores a 100 mM, mientras que los edulcorantes artificiales como sucralosa, acelsufamo de potasio y sacarina lo hacen en una concentración baja. Al mismo tiempo, se observa que los edulcorantes artificiales aumentan el GLUT2 apical paralelamente al incremento de Ca2+ citosólico.

Los azúcares normales y los artificiales pueden unirse conjuntamente al receptor de gusto dulce y activar la ruta sinérgicamente.

Nutrición

Los defectos genéticos pueden alterar el transporte de glucosa transepitelial en la membrana apical y en la basolateral.

Una deficiencia en GLUT2 no presenta una mala absorción de glucosa, pueden liberarla del enterocito por la ruta de transporte microsomal, la cual representa un 15% del transporte en ratones wild-type. En condiciones de poca toma de glucosa esta ruta parece compensar la deficiencia de GLUT2.

La deficiencia de SGLT1 causa mala absorción de galactosa y glucosa dando diarrea severa y deshidratación en niños. La solución ante ello es retirar de la dieta toda la glucosa y la galactosa.

Con una mala absorción de glucosa-galactosa, la absorción de fructosa es normal. La fructosa puede despolarizar las células β pancreáticas cerrando los canales de K + dependientes de ATP y, por tanto, proporcionar la señal de presencia de azúcares en el organismo.

Los malos hábitos alimenticios pueden resultar en excursiones repetidas y aumentadas de glucosa/insulina en plasma, que en última instancia promoverán una mayor absorción de azúcar y almacenamiento de grasa por el tejido adiposo.

Los azúcares artificiales y los no absorbibles se usan como endulzantes no calóricos en comidas procesadas.

SGLT1

SGLT1 transporta glucosa y galactosa con la misma afinidad. SGLT1 introduce dos Na+ por cada molécula de glucosa.

Cuando la concentración de glucosa en sangre es mayor que la del lumen intestinal, esta pasa por SGLT1 junto con Na+ ; esto es posible gracias a que la bomba Na+ /K+ de la membrana basolateral mantiene el gradiente de Na+ .

El transporte a traves de SGLT1 induce un reordenamiento del citoesqueleto del enterocito debido a una contracción del anillo de actomiosina perijunctional, provocando la pérdida de uniones entre los enterocitos y dejando espacios intercelulares abiertos. Esto implica la fosforilación de la miosina II por la MLCK, la cual se encuentra corriente abajo de la entrada de metabolitos por SGLT1 y Ca2+ (mediante Cav1.3).

La fluidización de la membrana plasmática disminuye el transporte de glucosa. Esto sugiere que la actividad de SGLT1 es óptima en un microambiente de poca fluidez.

Mecanismos de control de absorción de glucosa

Actualmente no se conoce como se regula la actividad intrínseca de los transportadores, pero puede ser por fosforilación/desfosforilación del transportador o su activación/inhibición por una proteína reguladora.

La inserción del GLUT2 apical depende de la PKC βII, lo cual está activado por incremento de Ca2+. La glucosa aumenta los niveles de PKC βII en la membrana apical.

GLP-1 y GIP realzan la secreción de insulina, lo que internaliza GLUT2 (tanto apical como basolateral). Es interesante destacar que la sucralosa induce la secreción de GLP-1.

GLP-2 estimula la posición apical de GLUT2 en el yeyuno y regula al alza la posición basolateral del GLUT2 (en minutos). Este también aumenta los niveles de SGLT1, pero de manera más lenta (horas).

El estrés inhibe a GLUT2, estos efectos pueden desaparecer usando un activador de AMPK, ya que aumenta el ratio AMP/ATP y la actividad de AMPK favoreciendo así la translocación de GLUT2 a la membrana apical.

La proteína intracelular reguladora RS1 junto con SGLT1 reduce la velocidad máxima para el transporte de glucosa, así como los niveles de la proteína SGLT1. RS1 modula el tráfico dinámico de vesículas que contienen SGLT1 a nivel de formación de vesículas de endocitosis y exocitosis.

esquema-de-los-principales-mecanismos-de-control-de-absorcin-de-glucosa
Figura 2. Esquema de los principales mecanismos de control de absorción de glucosa. En la figura se considera a las flechas como estimulación o realce mientras que aquellas flechas sin puntas significan inhibición; asimismo, las flechas verticales indican un aumento o disminución. En cuanto a las abreviaturas, PKC βII es la proteinquinasa C βII, GLP-1/2 es el péptido similar al glucagón tipo 1 y tipo 2, GIP es el polipéptido inhibidor gástrico. Esquema realizado por  Miriam Moya Barrientos.

Aclaraciones y perspectivas futuras

En general, todos estos estudios se han podido comprobar y estudiar gracias a la adicción de inhibidores específicos frente a los diferentes factores.

Tal como se puede comprobar, el transporte de azúcares es motivo de controversia, se necesitan de más estudios para poder comprenderlo en su totalidad y resolver las cuestiones que se pueden plantear.

Por ejemplo, se desconocen cuáles son las consecuencias clínicas de la sustitución parcial de azúcares por edulcorantes artificiales en alimentos procesados; así como las consecuencias que tienen los edulcorantes sobre la obesidad y la diabetes.

Referencias

El presente escrito recoge las ideas más relevantes e importantes de los siguientes artículos científicos:
Drozdowski, L. A., & Thomson, A. B. (2006). Intestinal sugar transport. World journal of gastroenterology: WJG, 12(11), 1657-1670. doi: 10.3748/wjg.v12.i11.1657
Kellett, G. L., Brot-Laroche, E., Mace, O. J. y Leturque, A. (2008). Sugar absorption in the intestine: the role of GLUT2. Annu. Rev. Nutr., 28, 35-54. doi: 10.1146/annurev.nutr.28.061807.155518