Glucotransportadores GLUT

Guillermo Laich y Luis Garoz
22/05/2020 19:50

 

 

Los glucotransportadores GLUT están encargados del ingreso de los monosacáridos a las células. La oxidación de la glucosa es la fuente predilecta para la obtención de energía célular y requiere el transporte de de glucosa al interior de las células.  

 

Introduccion

Los transportadores de glucosa o glucotransportadores (GLUT o SLC2A) son una familia de proteínas de membrana que se ubican en la mayoría de las células de los mamíferos. Están fisiologica y bioquimicamente encargados del ingreso de los monosacáridos a todas las células del organismo. La oxidación de la glucosa es la fuente predilecta para la obtención de energía célular. Tal proceso requiere el transporte de moleculas de glucosa al interior de las células. No obstante, la membrana celular que rodea las celulas no es permeable a moléculas polares como la glucosa, por lo cual, su internalización debe llevarse a cabo mediante proteínas transportadoras intimamente acopladas a su membrana. 
 
En las células eucariotas (con nucleo), existen dos tipos de proteínas transportadoras: 1.- los cotransportadores de Na+ - glucosa (SGLT) en los cuales el ion Na+ aporta la energía motriz para la internalización de la glucosa; y 2.- los glucotransportadores GLUT, que actúan por un proceso conocido como difusión facilitada. La difusion facilitada es un proceso selectivo queunicamente se produce en presencia de un gradiente de concentracion descendiente.
 
Toda celula viva esta rodeada de una membrana conoida como la "membrana plasmatica." Su funcion primordial consiste en impedir que el contenido intracelular se disperse, asi como permitir el ingreso de sustantias extracelulares necesarias para el funcionamiento celular. Todo tipo de membrana celular esta compuesta de una capa bimolecular de lipidos (40-80%), proteinas (50-70%), y, a menudo, de pequeñas cantidades de carbohidratos en forma de glucoproteinas oligosacaridas. Todas poseen tres tipos fundamentales de mecanismos de transporte transmembrana:
 
1.- Difusion Simple: se produce en direccion a un gradiente termodinamicamente favorable donde existe una concentracio descendiente, siendo suficiente para sustancias liposolubles como oxigeno, dioxido de carbono, y pequeñas moleculas de agua y urea.
 
2.- Difusion Facilitada: proceso semejante a la difusion simple siendo aplicado para moleculas en las cuales la capa bimolecular de lipidos constituye una barrera, y donde existe una union a proteinas transportadoras.  
 
3.- Transporte Activo: proceso semejante a la difusion facilitada donde, adicionalmente, las moleculas son acumuladas en contra de un gradiente de concentracion superior requiriendo de un aporte de energia en forma de ATP. 
 
En nuestro caso, la difusion facilitada se denomina como tal por no requierir la presencia de ATP para el mecanismo de su transporte. Se ha calculado la existencia de aproximadamente 800.000 transportadores en cada uno de los eritrocitos humanos, donde cada transportador es capaz de trasportar 180 moleculas de glucosa por segundo.
 
“GLUT” es el termino que se utiliza en bioquimica para denominar a los transportadores de glucosa o glucotransportadores. Los GLUTs son una familia de proteinas con una secuencia determinada, que, a su vez, es codificada por diferentes genes. Todos los GLUTs poseen una estructura en comun de zonas hidrofobas que permanecen en contacto con una membrana (la membrana plasmatica o la membrana del sistema reticuloplasmatico) de las celulas, mientras que las terminaciones amino (NH2) en un extremo y carboxy (COOH) en otro extremo se ubican de manera intracitoplasmicas.
 
Hasta la fecha se han podido identificar catorce GLUTs que se enumeran del uno al doce según el orden de descubrimiento. Algunos de ellos se ubican en todas las celulas de la economia, mientras que otros solo en algunos determinados tejidos u organos. Los mas relacionados con el ejercicio fisico y el rendimiento competitivo son el GLUT 1 y el GLUT 4.
 
GLUT 1
 
El primero o GLUT 1, se identifico por vez primera en el año 1985 y se encuentra en todas las celulas del cuerpo. Las siglas “GLUT 1” corresponden a un acrónimo en inglés para “Glucose Transporter 1,” conocido también como “Solute Carrier Family 2, Facilitated Glucose Transporter Member 1.” En realidad se trata de una proteína uniportadora, que en los seres humanos se encuentra codificada por el gen SLC2A1.
 
El GLUT 1 posee una elevada afinidad por la glucosa y una menor afinidad por la galactosa. Su funcion primordial consiste en mantener estable la glucosa basal en la celula y posibilitar la entrada de glucosa en estado de reposo. No aumenta en el musculo con el entrenamiento, ni consumiendo carbohidratos durante o posterior al ejercicio fisico. Tampoco aumenta en los estados de ayuno. Lo que si aumenta es la hexoquinasa post ejercicio, para que la glucosa se forforile y quede atrapada en el interior de la celula muscular.
 
El GLUT 1 aumenta su expresion en las hipoglucemias por lo que se trataria de proteger las neuronas cerebrales de una disminucion de glucosa en sangre. Estre receptor se encuentra disminuido en epilepsias refractarias al tratamiento en niños con glucemias normales pero con reduccion de la glucosa cerebroespinal. El GLUT 1, conjuntamente con el GLUT 2, han sido hallados en los cerebros de fetos de diez a ventiun semanas de edad, con lo que se deduce que interviene en el desarrollo precoz del sistema nervioso central. 
 
Por otro lado, el GLUT 1, conjuntamente con el GLUT 4, aumentan su expresion en la isquemia de miocardio, quizas para proteger las celulas cardiacas de los detrimentales efectos derivados de la hipoxia. Todo ello via mecanismos diferentes al de la insulina y posiblemente como respuesta adaptativa a los efectos de una hipoxia aguda y/o cronica. En tales casos tambien se han detectado aumentos del GLUT 3.
 
No obstante, la isquemia cardiaca tambien estimula la proteina kinasa (PK), siendo la PK un tipo de enzima que modifica otras moléculas, mediante fosforilación. Los sustratos son activados y en algunos casos desactivados. La fosforilación consiste en transferir un grupos fosfatos desde ATP a un sustrato específico o diana. 
 
La insulina estimula el GLUT 4 que se halla ubicado en los tubulos transversos del musculo esqueletico para que se dirijan a la membrana celular y asi captar glucosa. Sin embargo no pareceria alterar la composicion o distribucion del GLUT 1 que ya se encuentran presentes en el sarcolema celular. La glucosa, una vez dentro de la fibra muscular, se queda para unirse a un fosfato, y luego depositarse como glucogeno.
 
Las metilxantinas como la cafeina y la teofilina, como tambien los barbituricos y los agentes anestesicos intravenosos, tienden a inhibir el GLUT 1. En el ser humano adulto el GLUT 1 pareceria desaparecer en las fibras musculares, sin embargo aumentaria en los procesos de regeneracion muscular. Por lo general el GLUT 1 aumenta exclusivamente tras 30 o 32 dias de ejercicio aerobico de dos horas de duracion al 60% del VO2 max. Esto seria a diferencia del GLUT 4 que tiende a aumentar en los primeros 5 dias de una actividad fisica semejante.
 
GLUT 2
 
Este glucotransportador se encuentra ubicado en el higado, el intestino delgado, el riñon, en las celulas beta del pancreas (ubicadas en los Islotes de Langerhans y productoras de insulina), y ciertas celulas en la region hipotalamica del cerebro. Este receptor actua mas como un “sensor homeostatico de la glucosa” que como “receptor.” Juega un rol en la regulacion del consumo de alimentos y en las reservas de energia corporal. 
 
Una disminucion del GLUT 2 en las celulas beta del pancreas conduce a lo que se conoce como el Sindrome o Glucogenosis de Fanconi-Bickel (FBG). Es una enfermedad muy rara caracterizada por acúmulos de glucógeno en hígado y riñones, disfunción tubular renal grave y daño en el metabolismo de la glucosa y la galactosa. Los niños que padecen tal enfermedad no son capaces de incorporar glucosa al higado (glucogenesis) o producir glucosa en el ayuno (glucogenolisis),  por lo que los depositos de glucogeno aumentan al no poder ser utilizados. 
 
Todo ello produce una importante hepatomegalia asi como una tubulopatia renal debido a una copiosa glucosuria y aminoaciduria. El proceso se suma al constante e inminente riesgo de padecer hipoglucemias en cualquier momento. Sin embargo parece ser que no existe relacion entre la diabetes tipo 2 y la expresion de GLUT 2 o GLUT 4.
 
GLUT 3
 
Se encuentra en todas las celulas de la economia pero se expresa especialmente en el cerebro, el riñon, la placenta, y las celulas beta del pancreas. Posee gran afinidad por la glucosa y utiliza un mecanismo de trasporte dependiente del sodio. Este glucotransportador ha sido hallado en las fibras musculares de fetos de dieciocho semanas de edad, pero con el desarrollo tienden a desaparecer de las estructuras musculares. Estudios recientes apuntan a la expresion del GLUT 3 en las fibras musculares esqueleticas tipo I (lentas / aerobicas) en humanos adultos.
 
GLUT 4
 
Este glucotransportador se expresa en el musculo esqueletico y cardiaco, asi como en el tejido adiposo. Esta relacionado a la incorporacion de la glucosa mediada por la insulina, que afecta los tubulos transversos en la fibra muscular, pero algunos estudios apuntan a que tambien existe un mecanismo de accion no insulinodependiente.
 
GLUT 4 esta presente en las vesiculas intracitoplasmicas de las celulas. Ante la ingesta de alimentos el glucotransportador GLUT 4 se dirige a la membrana plasmatica celular donde se fusiona, quedando expuesto al medio extracelular y asi capturando la glucosa. Este proceso sucede por la fosforilacion del amino acido tirosina que se halla presente en la subunidad beta del receptor insulinico. Esto, a su vez, implicaria ser la señal que la insulina unida al receptor provoca que el GLUT 4 capte glucosa. No obstante, todo apunta a que durante la realizacion de ejercicios fisicos la señal seria distinta a la mencionada.
 
El ejercicio fisico aumenta la expresion del GLUT 4 permitiendo el mecanismo de traslacion hacia la membrana celular y aumentando la captacion de glucosa aun sin la presencia de insulina. El GLUT 4 se encuentra en mayor concentracion en las fibras musculares Tipo I (aerobicas / lentas) cosa que aumenta con la continua realizacion de ejercicio fisico de resistencia de tipo aerobico. Tanto el GLUT 4 como la Lipoproteina Lipasa (LPL) aumentan en las fibras Tipo I con el ejercicio fisico realizado aproximadamente al 65% del VO2 max durante 60 minutos independientemente de la intensidad del estimulo adrenergico concomitante.
 
El ejercicio fisico – mediante la disminucion de ATP intramuscular - aumenta la transcripcion genetica del GLUT 4, en relacion a la concentracion de energia intracelular (ATP) y de la concentracion de calcio (Ca+). Se considera que existen dos distintas expresiones del GLUT 4: uno seria sensible a la insulina y otro sensible al propio estimulo del ejercicio fisico.
 
GLUT 5
 
Se encuentra en el intestino delgado donde transporta moleculas de glucosa (una hexosa) y fructosa (una pentosa). Actua mediante un mecanismo sodiodependiente, que tiende a aumentar el AMPc. Debido a que la prostaglandina E2 aumenta el AMPc, tambien aumentaria la absorcion intestinal. Tambien se sabe que la termogenesis inducida por la digestion (TID) de los carbohidratos es menor en los deportistas entrenados que los no entrenados. Es posible que esto se deba a una mayor expresion de GLUT 2 y GLUT 5 a nivel intestinal.
 
GLUT 6
 
Se ubica y se expresa de forma predominante en las celulas blancas de la sangre (leucocitos) y tambien en las celulas del cerebro y el bazo. 
 
GLUT 7
 
Se ubica en el reticuloendoplasmico de los hepatocitos y, de manera similar al GLUT 2, podria estar implicado de la gluconeogenesis hepatica. Recordemos que el GLUT 2 no esta ubicado exclusivamente en los hepatocitos sino tambien en el intestino delgado, el riñon, en las celulas beta del pancreas, y ciertas celulas en la region hipotalamica del cerebro.
 
GLUT 8
 
Hasta la actualidad no ha sido estudiado en su debida profundidad pero se sabe que sus funciones se asemejan a las del GLUT 5. Se ubica en los testiculos, los blastocitos, el cerebro, el musculo, y los adipocitos. En semejanza a la disposicion del GLUT 6, este se localiza en los compartimientos intracelulares.
 
GLUT 9
 
Se ubica en el cerebro, los leucocitos del bazo,el higado, y el riñon. Sus funciones bioquimicas se asemejan a las del GLUT 6.
 
GLUT 10
 
Se ubica en el corazon y el pancreas. La deficiencia de GLUT 10 se asocia con el síndrome de tortuosidad arterial. Este síndrome se caracteriza por presentar altera- ciones en el tejido conectivo de vasos sanguíneos, tortuosidad de grandes vasos, aneurismas aórticos, hiperextensibilidad de tejido conectivo de piel e hipermovilidad articular.
 
GLUT 11
 
Se halla y expresa en el corazon y el musculo esqueletico. Es una proteína de 496 aminoácidos, codificada por un gen ubicado en el cromosoma numero 22. Posee una homología de 41% con el transportador de fructosa GLUT 5. 
 
GLUT 12
 
Es una proteína de 617 aminoácidos quimicamente similar al GLUT 10 en un 40% de su configuracion molecular. En ausencia de insulina se localiza en la region perinuclear del musculo esqueletico, tejido adiposo, e intestino delgado. Todo apunta a que su estimulo pricipal seria el de la insulina. Se considera un segundo sistema de transporte de glucosa dependiente de insulina. Se ha demostrado que el transportador tiene una localización perinuclear en ausencia de insulina.
 
GLUT 13
 
Se expresa principalmente en el cerebro y es el mismo transportador de mioinositol. Esta compuesto de 629 aminoácidos y presenta una homología de secuencia de 36% con el GLUT 8. 
 
GLUT 14
 
El gen de SLC2A 14 se encuentra localizado en el cromosoma 12p13.31. Se han reportado dos isoformas, una isoforma larga (GLUT 14-L) y una corta (GLUT 14-S). Ambas isoformas se expresan en testículo; sin embargo, se ha reportado su expresión también en el sistema nervioso central. La estructura proteica del GLUT 14 presenta sitios de glucosilación y dominios de transporte de carbohidratos. 
 
Resumen
 
Durante muchos años se investigo sobre los posibles mecanismos bioquimicos y fisiologicos que intervienen y regulan la captacion de la glucosa por las fibras musculares esqueleticas humanas. En la actualidad sabemos que las señales celulares de tales procesos son tan variadas como multiples y aun no se han dilucidado muchas de ellas. No obstante sabemos que la insulina no es la unica señal que permite la entrada de glucosa, como se solia pensar. Hoy existen otras muchas e interesantes opciones, alternativas, y mecanismos para cargar las fibras musculares con glucogeno y agua – cosa que aumenta su tamaño considerablemente.
 
Este tipo de informacion, si bien es altamente compleja y sofisticada, no solo debe ser utilizada para tratar a personas que padecen diabetes tipo 2 (no insulino dependiente), sino para saber que, por que, como, cuanto, y cuando es el momento mas idoneo para ingerir alimentos ricos en carbohidratos - con distintos grados de indice glucemico. 
 
Todo lo anterior con el fin de lograr tres objetivos fundamentales: 1.- disminuir el nivel de grasa corporal extracelular; 2.- incrementar el nivel de grasa corporal intramuscular; 3.- optimizar la carga de glucogeno intramuscular, 4.- optimizar la carga de agua intramuscular; 5.- disminuir el agua intersticial; y 6.- aumentar el agua intravascular. Para ello hay que poseer muchisimo conocimiento y experiencia sobre el manejo de la nutricion, los liquidos, y los electrolitos
 
Si bien sabemos que las competiciones se ganan por el volumen muscular en fisioculturismo y en los segundos tiempos en el futbol, una de las posibles explicaciones seria que aquellos deportistas que esten mas llenos de glucogeno intramuscular y menos agotados podran poseer mas calidad muscular y tambien repetir el mismo rendimiento del primer tiempo en el segundo tiempo, respectivamente.
 
Por todo ello, aquellos que sepan optimizar sus reservas intramusculares de glucogeno, proteinas, grasa, electrolitos, y agua - junto a una preparacion fisica adecuada e inteligentemente programada - tendran mayores posibilidades de ganar. Como decia mi querido amigo y colega Fred (Dr. Squat) Hatfield: “El conocimiento es poder – ahí radica la diferencia infinitesimal entre el que gana o pierde.”
 
A continuacion – y a modo de apretado resumen - enumeramos una serie de interesantes datos respecto a los glucotransportadores GLUT:
 
1.- La estimulacion electrica – tipo Compex o TENS, por ejemplo – tiende a incrementar la expresion del GLUT 4.
 
2.- La fase inmediata post ejercicio suele producirse de forma independiente de la insulina.
 
3.- La insulina estimula el GLUT 4 especialmente en la fase tardia del post entrenamiento – o sea entre las 5 y 24 horas despues de entrenar.
 
4.- La suplementacion con carbohidratos – dependiendo directamente del indice glucemico - durante y despues del ejercicio aumenta los niveles de glucogeno intramuscular.
 
5.- Cuando el glucogeno intramuscular es muy elevado, su sintesis no continua aumentando despues del ejercicio fisico. Esto sucede incluso cuando no aumentan tanto el GLUT 4 como la hexoquinasa. La hexoquinasa es una enzima del tipo transferasa, que puede transferir un grupo fosfato desde una molécula de "alta energía" a otra, que actuará como aceptora de este fosfato, denominada sustrato. Esta transferencia se denomina fosforilación.
 
6.- El GLUT 4 posee una vida media breve – elemento importante para la realizacion de actividad fisica diaria en caso de padecer una diabetes tipo 2.
 
7.- La realizacion de ejercicio fisico diario, asi como un minucioso control sobre el indice glucemico y el consumo de proteinas, disminuye considerablemente las posibilidades de padecer una diabetes tipo 2.
 
8.- La correcta ingesta y carga de monohidrato de creatina ayuda a que el GLUT 4 no disminuya a causa de una inmobilizacion post traumatica, y que el sujeto recupere mas rapidamente el glucogeno muscular despues de tres o cuatro semanas de rehabilitacion funcional.
 
9.- Como todo en la vida: “mas no es mejor" y un exceso de carga de glucogeno intramuscular incrementa la viscosidad intrasarcomerica de la fibra muscular y perjudica los niveles de contractilidad en terminos de fuerza, velocidad, y potencia. Mas de un atleta olimpico se ha quedado “clavado” – en todos los sentidos - por no comprender el proceso y pasarse rotundamente en la carga de glucogeno precompetitiva.
 
Esto es solo una vision general y superficial del tema …
 

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