Dr. Victor Absalón Medina Universidad de Pennsylvania Metabolismo 410 Dr. Victor Absalón Medina Universidad de Pennsylvania

El Inicio En 1783, Laplace y Lavoisier diseñaron el calorímetro. El calor producido se midió en base al hielo derretido. La integración de la nutrición, bioquímica y fisiología se denominó Metabolismo.

Dinámica del Metabolismo Energía total 100% Energía fecal 30% Energía digestible 70% Energía urinaria y gas 10% Energía metabolizable 60% Incremento calórico 20% Neta 40%

Absorción de nutrientes Partición de energía Absorción de nutrientes Ingesta de nutrientes Utilización Tisular Mantenimiento Reservas corporales Feto Glándula mamaria Crecimiento

Homeostasis Mantenimiento del equilibrio fisiológico. Termorregulación Insulina

Homeostasis de la glucosa Glucosa en plasma Secreción de insulina Insulina en plasma Ingesta + - Absorción de glucosa Acción celular Receptores de Insulina Respuesta celular a insulina

Homeorhesis “Cambios orquestados o coordinados en el metabolismo de tejidos corporales necesarios para mantener un estado fisiológico” (Bauman y Currie, 1980). Redirección de nutrientes para mantener procesos fisiológicos dominantes: Gestación Lactación

Relación entre homeorhesis y homeostasis Reserva de Nutrientes Glándula mamaria Tejido adiposo + + Reserva de Nutrientes Glándula mamaria Tejido adiposo - Procesos fisiológicos alterados de manera crónica pero al mismo tiempo manteniendo condiciones estables

Ejemplos de adaptación aplicados al concepto de homeorhesis

Ejemplos de adaptación aplicados al concepto de homeorhesis Lactancia Gestación Crecimiento Pubertad Senescencia Desnutrición crónica Enfermedad crónica Hibernación Postura de huevos Anorexia Ciclos estacionales Ejercicio Estrés Lista parcial

¿Como se regula la partición de nutrientes? Homeostasis Mantenimiento agudo del equilibrio fisiológico Homeorhesis Coordinación crónica del metabolismo de los tejidos corporales en para mantener un proceso fisiológico dominante Elefante marino Hembra= 425 kg Cría= 25kg al nacer (ganancia 3-4 kg/d) Lactancia 30 días 5-6 kg/leche/d Leche:44% grasa y 12% proteína Reservas corporales Hembra privada de alimento y agua durante lactancia Perdida de un 44% de peso corporal equivalente a 58% grasa y 14% tejido magro

Dinámica del metabolismo: Somatotropina en el control homeorhético Proteína de ~191 AA Especifica a cada especie Mejora rendimiento Carne magra Leche Somatotropina Tejido Mamario Tejido Adiposo Tejido Hepático Sistema Inmunológico Otros

Efectos directos de ST Tejido Adiposo Respuesta a insulina Lipogénesis Respuesta a epinefrina Lipólisis Etherton y Bauman, 1998 (Review)

Ejemplo: glucosa y bST Cambios Resultado Rumiantes obtienen glucosa vía gluconeogénesis hepática bST aumenta la demanda de glucosa debido a un incremento en lactosa (glucosa + galactosa) y grasa (glicerol + NADPH) ¿Cómo responde la vaca a la inducción de un aumento en los requerimientos de glucosa por medio de bST sin resultar en hipoglicemia y cetosis? Cambios Absorción y utilización glándula mamaria Gluconeogénesis hepática Absorción y utilización muscular Oxidación de glucosa corporal Resultado Aumento en la síntesis de leche Homeostasis de la glucosa se mantiene

Producción de leche Etherton y Bauman, 1998 (Review)

Efectos indirectos bST Mediados por IGF Crecimiento Reducción AA oxidados Mayor utilización de AA Lactancia Mejor mantenimiento de las células secretoras Síntesis de leche mejorada IGF

Paradoja X ST + - ST + - ST + - Balance Nutricional + - Reserva de Nutrientes Glándula Mamaria Tejido Adiposo ST IGF System + - Reserva de Nutrientes Glándula Mamaria Tejido Adiposo ST IGF System + - Reserva de Nutrientes Glándula Mamaria Tejido Adiposo ST X + - Balance Nutricional + -

Aminoácidos Lehninger, Princ of BioChem Esenciales No-esenciales His, Iso*, Leu*, Lys*, Met*, Phe, Thr, Try,Val* No-esenciales Ala*, Arg*, AspAc, Cys, GluAc, Glu*, Gly, Pro, Ser*, Tyr*, Asp, SelCys* Definiciones: Deficiencia Desbalance Retardo crecimiento Lys, Thr Met (bajos) Antagonismo Lys Arg Arg Indispensable en crecimiento Sistema inmunológico (NO) Toxicidad Phe 400% niveles requeridos Lehninger, Princ of BioChem

Carbohidratos Lehninger, Princ of BioChem No estructurales (NFC) Glucosa Fructosa Sacarosa Lactosa Maltosa Amilasa Amilo pectina (almidón) Glucógeno (almidón animal) Estructurales (FC) Celulosa Hemicelulosa Pectinas Lehninger, Princ of BioChem

Carbohidratos conjugados Glucosaminoglicanos Acido hialurónico Liquido sinovial Humor vítreo Matriz extracelular Células del cumulus Sulfato de condroitina Contribución hacia los tejidos cartilaginosos, tendones, ligamentos y paredes celulares Sulfato de heparina Producido por leucocitos Propiedad de anticoagulación Lehninger, Princ of BioChem

Efectos a nivel señalización celular Dietas glucogénicas O-linked glycosilation Residuos Serina o Threonina Dietas amoniagénicas N-linked nitration Lehninger, Princ of BioChem

Utilización de los carbohidratos Lehninger, Princ of BioChem

Lípidos Grasas Porcentaje de calorías dietéticas en forma de grasa Un rango diverso de compuestos con grupos no polares Tres clases Lípidos neutros Fosfolípidos Esteroles Porcentaje de calorías dietéticas en forma de grasa Actual Humanos 30-40% Bovinos, cerdos, aves: 2-6% Recomendado Humanos < 30% Rumiantes < 6-8%

Importancia de los lípidos en los alimentos Calidad Sabor, aroma, textura, sensación en la boca Nutrición Recurso energético Estructura celular Vitaminas liposolubles Biológico Vitaminas A, D, E y K Características de la membrana celular Colesterol para la Vit D3, cortico esteroides, ácidos biliares Moléculas de señalización: eicosanoides

Función TRANS-FATS Triglicéridos Energía de reserva Fosfolípidos, glucolípidos, esteroides Estructura y función celular Ácidos grasos esenciales Omega 3 LT, PG3, TX Omega 6 LT, PG1, PG2, TX TRANS-FATS Arterioesclerosis y enfermedades cardiovasculares HDL-Colesterol Total Colesterol/HDL-Colesterol LDL-Colesterol Aumento Enfermedades cardiovasculares

Ácidos Grasos Trans (TFA) Aumento de riesgo en enfermedades cardiovasculares por consumo FDA requirió añadir % TFA en la información nutricional PHVO 40-50% TFA Lípidos derivados de rumiantes 3-5% TFA Isómeros TFA derivados de subproductos rumiantes son distintos a los de PHVO

Digestión de grasas en rumiantes Hidrólisis de glicerol Lipasas bacterianas Biohidrogenación de ácidos grasos Ácidos grasos insaturados toxicas para las bacterias Isomerasas Hidrolasas

β oxidación de ácidos grasos saturados 4 pasos básicos Lehninger, Princ of BioChem

β oxidación de ácidos grasos insaturados Con 1 posición cis Con 2 posiciones cis

Oxidación de ácidos grasos con cadenas nones Metabolismo hepático Serie de reacciones que necesitan 3 enzimas extra Cofactores Importantes Biotina Co-enzima B12 Cobalto Derivada de la vitamina B12 Conjugado a un mineral esencial Lehninger, Princ of BioChem

Mecanismo de sensación de nutrientes Lehninger, Princ of BioChem

Contribución de los diferentes substratos de energía al ciclo de Krebs y fosforilación oxidativa

Agradecimientos Dr. Roberto W. Blake por su atenta invitación a participar en el curso taller en la Universidad Nacional de Colombia sede Palmira. Dr. Dale E. Bauman y Richard E. Austic de la Universidad Cornell, por proporcionar conocimientos fundamentales en metabolismo.