Digestión
Los nutrientes que necesitamos se encuentran en los alimentos. Algunos alimentos contienen porcentajes más elevados de algún tipo de nutriente y por eso decimos que "son ricos en...". Por ejemplo, la carne contiene un alto porcentaje de proteínas (principal constituyente de los músculos), y por tanto decimos que "la carne es rica en proteínas". No obstante, recordemos que los músculos son un tipo de tejido y por lo tanto están constituidos por células y a su vez, las células están compuestas de proteínas (enzimas, proteínas de transporte, mensajeros, reguladores transcripcionales, etc), lípidos (fosfolípidos de membrana), carbohidratos (como parte de las glucoproteínas y glucolípidos, en forma de glucógeno), vitaminas, minerales, agua, entre otros muchos componentes. Lo mismo pasará con muchos otros alimentos de origen natural. Una dieta variada, por lo tanto, nos aportará todos los nutrientes que necesitamos.
Nuestra dieta consta de unos 2.5 litros de agua al día, unos 250-800 gramos de carbohidratos, unos 100 gramos de proteínas, unos 60 gramos de lípidos y porciones mucho más pequeñas de vitaminas y minerales. La mayoría de los nutrientes que ingerimos se encuentran en formas poco disponibles para el organismo, ya que no pueden ser absorbidos directamente por el tubo digestivo, por lo que es necesario degradarlos hasta moléculas más pequeñas. Esta ruptura de los alimentos en formas más eficientes de asimilación es lo que llamamos digestión.
Estos cambios que sufren los alimentos se logran gracias a la participación de las enzimas digestivas (de tipo Hidrolasas, clase EC 3) que catalizan la hidrólisis de proteínas, lípidos y carbohidratos hasta sus componentes constituyentes: animoácidos, ácidos grasos y monosacáridos, respectivamente. Posteriormente, estos nutrientes serán asimilados y distribuidos a todo el organismo para mantener el metabolismo celular.
Uno de los componentes más importantes de la saliva es la enzima alfa-Amilasa, encargada de romper los enlaces alfa (1->4) de los carbohidratos como el almidón y el glucógeno, liberando diversos oligosacáridos, iniciando así la pre-digestión de carbohidratos. Otras proteínas importantes durante el proceso de masticación son las mucinas, unas glucoproteínas que actúan como lubricante durante la masticación y deglución del bolo alimenticio.
Otros componentes salivales que no participan directamente en la digestión pero son igualmente importantes son la Inmunoglobulina A, la Lisozima y la Lactoferrina encargadas de la protección frente a microorganismos. Los iones de Calcio (Ca2+), Carbonatos (HCO3-), Fosfatos (PO4-) facilitan el crecimiento de minerales de apatita que recubren el esmalte del diente. Otros iones como el Potasio (K+), Cloro (Cl-), Zinc (Zn+) y Magnesio (Mg+) también se encuentran en la saliva.
Otros factores presentes son el Factor intrínseco que favorece la absorción de la vitamina B12 (Cobalamina). También hay mucinas que generan un recubrimiento alrededor del tejido del estómago para protegerlo de la acidez. Por supuesto, se libera agua para hidratar muy bien los sustratos para que estén disponibles para las enzimas. Finalmente, un componente muy conocido de la secreción gástrica es el ácido clorhídrico (HCl), responsable de mantener el líquido estomacal a un pH de alrededor de 2, esto es cien mil veces más ácido que la saliva. Todo este coctel de componentes convertirá a los alimentos ingeridos en una pasta más o menos densa y casi homogénea llamada Quimo.
La producción de ácido clorhídrico se lleva a cabo por las células del tejido epitelial del estómago a partir de la liberación de iones Cloruro (Cl-) y protones (H+) que se combinan rápidamente para formar HCl. Los protones provienen de la disociación de ácido carbónico en bicarbonato y protones, mientras que el Cloruro es transportado directamente desde el torrente sanguíneo.
Las secreciones biliares son aportadas por el hígado a través de un conducto que conecta con la cavidad de los intestinos y porta unos 600 ml/día de volumen. Contiene agua, las llamadas sales biliares y fosfolípidos que favorecerán la digestión de lípidos (al mantenerlos solubles en forma de vesículas). También contiene pigmentos biliares y colesterol que facilitarán la excreción de moléculas hidrofóbicas que no pudieron ser digeridas.
Las secreciones pancreáticas (producidas por el páncreas) contienen sobre todo enzimas digestivas que se encargarán de continuar el proceso que inició en el estómago y consta de un volumen diario de alrededor de 2 litros. Contienen agua y bicarbonato para neutralizar el ácido clorhídrico del estómago y algunos iones como el sodio, potasio, cloruro, calcio, zinc, fósforo y sulfato. Las enzimas pancreáticas son de tipo proteasas (Tripsina, quimiotripsina, elastasa, carboxipeptidasa), carboxidasas (alfa-Amilasa pancreática), lipasas (Triácil glicerol lipasa, colipasa, fosfolipasa, colesterol esterasa) o nucleasas (ribonucleasas, desoxirribonucleasas).
Las secreciones intestinales también constan de agua y un variado repertorio de enzimas digestivas. Tenemos a las peptidasas aminopeptidasas y dipeptidasas para continuar con la degradación de los péptidos procedentes de la degradación de las proteínas. Las carboxidasas glucosidasa alfa, oligo 1-6-glucosidasa, beta-galactosidasa, sacarosa alfa-glucosidasa y a la trealasa para degradar oligosacáridos provenientes de la degradación de carbohidratos. Las nucleasas llamadas nucleosidasas y polinucleosidasas continuarán degradando ácidos nucléicos y finalmente, las fosfolipasas y fosfatasa alcalina degradarán lípidos y esteres de grupos fosfato respectivamente.
Otros compuestos importantes que serán absorbidos son las vitaminas, un grupo de moléculas requeridas por las células vivas que no pueden ser sintetizadas por los animales. Muchas de ellas funcionan como coenzimas y son generalmente requeridas sólo en cantidades pequeñas. Nuestro cuerpo también necesita de antioxidantes, moléculas capaces de neutralizar la acción oxidante de radicales libres. Los organismos animales requieren en su dieta diversas sustancias inorgánicas, o minerales. Éstas incluyen el calcio y el fósforo para la formación de huesos, el yodo para la hormona tiroidea, el hierro para la hemoglobina y los citocromos, el sodio, el cloro y otros iones esenciales para el balance iónico.
Los carbohidratos son absorbidos por transportadores especializados clasificados en tres grandes familias: los transportadores GLUT (del inglés GLUcose Transporters, con 13 subgrupos), los SGLT (del inglés Sodium-driven GLucose Transporters) y los llamados SWEETs. La absorción de los monosacáridos glucosa y galactosa tiene lugar por un mecanismo común que es dependiente de sodio, por medio de lo que se denomina cotransporte. Una vez que ambos monosacáridos se encuentran en el interior celular, pueden ya pasar, por difusión facilitada, a través de la membrana basolateral, y dirigirse a la sangre. Por su parte, a absorción de la fructosa se lleva a cabo mediante un mecanismo de difusión pasiva facilitado por el transportador GLUT5.
Los mecanismos de absorción de los aminoácidos son transporte activo secundario acoplado al sodio, existiendo cuatro tipos de transportadores distintos: para los aminoácidos neutros; básicos; ácidos y uno específico para prolina e hidroxiprolina. La mayor parte de los productos de la digestión de las proteínas se absorben en el intestino delgado. Al intestino grueso sólo llegan pequeñas cantidades de aminoácidos que serán catabolizadas por la flora intestinal. El triptófano, un aminoácido aromático, es metabolizado por las bacterias intestinales y convertido a indol (la molécula responsable del olor característico de las heces fecales).
El agua es absorbida por el intestino delgado en un 80%, el resto por el intestino grueso y sólo una pequeña parte (alrededor del 1%) es eliminado con las heces. La absorción de da por medio de mecanismos de ósmosis facilitada por la alta concentración de solutos (provenientes de la dieta) presentes en la células epiteliales de los intestinos. El sodio intracelular genera una condición hipertónica en la célula que facilita el arrastre de agua desde la luz intestinal al interior del enterocito.
Algunos iones se absorben por difusión pasiva como el Cloro y el Sodio (aunque estos iones también pueden ser cotransportados con otras moléculas como los azucares o el ión bicarbonato). Otros iones como el Calcio, Magnesio y Fosfatos son absorbidos por proteínas transportadoras que pueden o no requerir energía en forma de ATP. El hierro es absorbido en forma de Hemo por medio de vesículas, seguido de digestión enzimática y liberación del hierro que se combinará inmediatamente con la apoferritina para formar ferritina (una proteína almacenadora de hierro).
BIBLIOGRAFIA
Baynes, J. W., & Dominiczak, M. H. (2019). Bioquímica médica. Elsevier.
Curtis, H., & Schnek, A. (2008). Biología. Ed. Médica Panamericana.
Murray, R. K., Bender, D. A., & Botham, K. M. (2010). Harper: bioquímica ilustrada. McGraw-Hill.
Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2015). Lehninger: princípios de bioquímica. Omega.
Nuestra dieta consta de unos 2.5 litros de agua al día, unos 250-800 gramos de carbohidratos, unos 100 gramos de proteínas, unos 60 gramos de lípidos y porciones mucho más pequeñas de vitaminas y minerales. La mayoría de los nutrientes que ingerimos se encuentran en formas poco disponibles para el organismo, ya que no pueden ser absorbidos directamente por el tubo digestivo, por lo que es necesario degradarlos hasta moléculas más pequeñas. Esta ruptura de los alimentos en formas más eficientes de asimilación es lo que llamamos digestión.
Estos cambios que sufren los alimentos se logran gracias a la participación de las enzimas digestivas (de tipo Hidrolasas, clase EC 3) que catalizan la hidrólisis de proteínas, lípidos y carbohidratos hasta sus componentes constituyentes: animoácidos, ácidos grasos y monosacáridos, respectivamente. Posteriormente, estos nutrientes serán asimilados y distribuidos a todo el organismo para mantener el metabolismo celular.
Masticación
El proceso de digestión inicia con la masticación de los alimentos, una trituración mecánica encargada de formar el bolo alimenticio que será deglutido y entrará en el estómago para su digestión enzimática. La masticación subdivide los alimentos, aumentando su solubilidad y el área disponible para la ruptura enzimática. La saliva juega un papel esencial, es secretada por las glándulas salivales y está constituida casi es su totalidad por agua, alrededor del 99%, el otro 1% contiene proteínas, iones orgánicos e inorgánicos. El pH de la saliva es de 6.8 aunque pueden presentarse variaciones dependiendo de la dieta y la salud bucal de las personas.Uno de los componentes más importantes de la saliva es la enzima alfa-Amilasa, encargada de romper los enlaces alfa (1->4) de los carbohidratos como el almidón y el glucógeno, liberando diversos oligosacáridos, iniciando así la pre-digestión de carbohidratos. Otras proteínas importantes durante el proceso de masticación son las mucinas, unas glucoproteínas que actúan como lubricante durante la masticación y deglución del bolo alimenticio.
Otros componentes salivales que no participan directamente en la digestión pero son igualmente importantes son la Inmunoglobulina A, la Lisozima y la Lactoferrina encargadas de la protección frente a microorganismos. Los iones de Calcio (Ca2+), Carbonatos (HCO3-), Fosfatos (PO4-) facilitan el crecimiento de minerales de apatita que recubren el esmalte del diente. Otros iones como el Potasio (K+), Cloro (Cl-), Zinc (Zn+) y Magnesio (Mg+) también se encuentran en la saliva.
Digestión enzimática en el estómago
La secreción gástrica en el estómago incluye un conjunto de enzimas digestivas de tipo Proteasas (como la Pepsina y Quimiotripsina), Lipasas y algunas Carboxidasas. Estas enzimas son producidas en forma de precursores inactivos llamados zimógenos que se activarán al entrar en contacto con el ambiente ácido del interior del estómago.Otros factores presentes son el Factor intrínseco que favorece la absorción de la vitamina B12 (Cobalamina). También hay mucinas que generan un recubrimiento alrededor del tejido del estómago para protegerlo de la acidez. Por supuesto, se libera agua para hidratar muy bien los sustratos para que estén disponibles para las enzimas. Finalmente, un componente muy conocido de la secreción gástrica es el ácido clorhídrico (HCl), responsable de mantener el líquido estomacal a un pH de alrededor de 2, esto es cien mil veces más ácido que la saliva. Todo este coctel de componentes convertirá a los alimentos ingeridos en una pasta más o menos densa y casi homogénea llamada Quimo.
La producción de ácido clorhídrico se lleva a cabo por las células del tejido epitelial del estómago a partir de la liberación de iones Cloruro (Cl-) y protones (H+) que se combinan rápidamente para formar HCl. Los protones provienen de la disociación de ácido carbónico en bicarbonato y protones, mientras que el Cloruro es transportado directamente desde el torrente sanguíneo.
Digestión enzimática en los intestinos
La degradación de los nutrientes hasta sus componentes más elementales continúa en el intestino delgado. Las enzimas y los demás componentes (sales, agua, moléculas lipídicas) necesarios para este proceso provienen de secreciones biliares, pancreáticas e intestinales. La consistencia de que adquiere el quimo es ahora más homogénea y líquida, llamada Quilo.Las secreciones biliares son aportadas por el hígado a través de un conducto que conecta con la cavidad de los intestinos y porta unos 600 ml/día de volumen. Contiene agua, las llamadas sales biliares y fosfolípidos que favorecerán la digestión de lípidos (al mantenerlos solubles en forma de vesículas). También contiene pigmentos biliares y colesterol que facilitarán la excreción de moléculas hidrofóbicas que no pudieron ser digeridas.
Las secreciones pancreáticas (producidas por el páncreas) contienen sobre todo enzimas digestivas que se encargarán de continuar el proceso que inició en el estómago y consta de un volumen diario de alrededor de 2 litros. Contienen agua y bicarbonato para neutralizar el ácido clorhídrico del estómago y algunos iones como el sodio, potasio, cloruro, calcio, zinc, fósforo y sulfato. Las enzimas pancreáticas son de tipo proteasas (Tripsina, quimiotripsina, elastasa, carboxipeptidasa), carboxidasas (alfa-Amilasa pancreática), lipasas (Triácil glicerol lipasa, colipasa, fosfolipasa, colesterol esterasa) o nucleasas (ribonucleasas, desoxirribonucleasas).
Las secreciones intestinales también constan de agua y un variado repertorio de enzimas digestivas. Tenemos a las peptidasas aminopeptidasas y dipeptidasas para continuar con la degradación de los péptidos procedentes de la degradación de las proteínas. Las carboxidasas glucosidasa alfa, oligo 1-6-glucosidasa, beta-galactosidasa, sacarosa alfa-glucosidasa y a la trealasa para degradar oligosacáridos provenientes de la degradación de carbohidratos. Las nucleasas llamadas nucleosidasas y polinucleosidasas continuarán degradando ácidos nucléicos y finalmente, las fosfolipasas y fosfatasa alcalina degradarán lípidos y esteres de grupos fosfato respectivamente.
Absorción de nutrientes en los intestinos
Una vez que todos los nutrientes han sido degradados hasta sus componentes más pequeños, estos ya pueden ser absorbidos por las células de los intestinos y posteriormente transportadas a todas las células del organismo. Los lípidos son absorbidos mediante la fusión de las vesículas lipídicas que los contienen con las membranas de las células epiteliales del intestino, son convertidos en triacilglicéridos y transportados por medio de la linfa hasta el hígado. Los aminoácidos y los monosacáridos son incorporados por medio de transportadores especializados y enviados al hígado por vía sanguínea.Otros compuestos importantes que serán absorbidos son las vitaminas, un grupo de moléculas requeridas por las células vivas que no pueden ser sintetizadas por los animales. Muchas de ellas funcionan como coenzimas y son generalmente requeridas sólo en cantidades pequeñas. Nuestro cuerpo también necesita de antioxidantes, moléculas capaces de neutralizar la acción oxidante de radicales libres. Los organismos animales requieren en su dieta diversas sustancias inorgánicas, o minerales. Éstas incluyen el calcio y el fósforo para la formación de huesos, el yodo para la hormona tiroidea, el hierro para la hemoglobina y los citocromos, el sodio, el cloro y otros iones esenciales para el balance iónico.
Los carbohidratos son absorbidos por transportadores especializados clasificados en tres grandes familias: los transportadores GLUT (del inglés GLUcose Transporters, con 13 subgrupos), los SGLT (del inglés Sodium-driven GLucose Transporters) y los llamados SWEETs. La absorción de los monosacáridos glucosa y galactosa tiene lugar por un mecanismo común que es dependiente de sodio, por medio de lo que se denomina cotransporte. Una vez que ambos monosacáridos se encuentran en el interior celular, pueden ya pasar, por difusión facilitada, a través de la membrana basolateral, y dirigirse a la sangre. Por su parte, a absorción de la fructosa se lleva a cabo mediante un mecanismo de difusión pasiva facilitado por el transportador GLUT5.
Los mecanismos de absorción de los aminoácidos son transporte activo secundario acoplado al sodio, existiendo cuatro tipos de transportadores distintos: para los aminoácidos neutros; básicos; ácidos y uno específico para prolina e hidroxiprolina. La mayor parte de los productos de la digestión de las proteínas se absorben en el intestino delgado. Al intestino grueso sólo llegan pequeñas cantidades de aminoácidos que serán catabolizadas por la flora intestinal. El triptófano, un aminoácido aromático, es metabolizado por las bacterias intestinales y convertido a indol (la molécula responsable del olor característico de las heces fecales).
El agua es absorbida por el intestino delgado en un 80%, el resto por el intestino grueso y sólo una pequeña parte (alrededor del 1%) es eliminado con las heces. La absorción de da por medio de mecanismos de ósmosis facilitada por la alta concentración de solutos (provenientes de la dieta) presentes en la células epiteliales de los intestinos. El sodio intracelular genera una condición hipertónica en la célula que facilita el arrastre de agua desde la luz intestinal al interior del enterocito.
Algunos iones se absorben por difusión pasiva como el Cloro y el Sodio (aunque estos iones también pueden ser cotransportados con otras moléculas como los azucares o el ión bicarbonato). Otros iones como el Calcio, Magnesio y Fosfatos son absorbidos por proteínas transportadoras que pueden o no requerir energía en forma de ATP. El hierro es absorbido en forma de Hemo por medio de vesículas, seguido de digestión enzimática y liberación del hierro que se combinará inmediatamente con la apoferritina para formar ferritina (una proteína almacenadora de hierro).
Formación de heces fecales
La materia fecal está constituida por agua y material sólido que incluye residuos de materiales no digeribles (fibra), pigmentos y sales biliares, secreciones intestinales (mucus), células epiteliales descamadas, bacterias y materiales inorgánicos no absorbidos.
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BIBLIOGRAFIA
Baynes, J. W., & Dominiczak, M. H. (2019). Bioquímica médica. Elsevier.
Curtis, H., & Schnek, A. (2008). Biología. Ed. Médica Panamericana.
Murray, R. K., Bender, D. A., & Botham, K. M. (2010). Harper: bioquímica ilustrada. McGraw-Hill.
Nelson, D. L., & Cox, M. M. (2015). Lehninger: princípios de bioquímica. Omega.
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