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Absorción de nutrientes en intestino anterior y ciegos pilóricos de peces (página 2)

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2. FUNDAMENTOS Y CONCEPTOS DE LOS MECANISMOS DE TRANSPORTE EN ORGANISMOS MULTICELULARES.

Existen dos tipos básicos de translocación intestinal de nutrientes (Lenhinger, 1987) (Figuras 1, 2 y 3):

  • Transporte no mediado.
  • Transporte mediado.

Los mecanismos de transporte cualitativamente son similares para peces y mamíferos. Sin embargo, se presentan diferencias cuantitativas, como se verá más adelante.

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 Figura 1. Modelos de transporte activo y pasivo a través de la membrana plasmática de vertebrados superiores. Tomado de Hediger (1994)

Figura 2. Modelo de endocitosis en donde se ve como la membrana se invagina rodeando el substrato, para dividirse y formar el endosoma. Tomado de Diccionario de terminología médica (1999).

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 Figura 3. Modelo de transporte con mediador a través de la capa lipídica. Este diagrama esquemático muestra las diferentes categorías de transporte mediado por portadores de acuerdo a la manera en la cual el flujo del soluto es conducido. (A) todos los tipos de soluto fluyen. Únicamente pequeñas moléculas polares sin carga pueden difundir a través de la bicapa de lípidos; otras moléculas fluyen en tasas significativas, solo cuando están mediadas por transportadores específicos. (B) Tres tipos de transporte facilitado: "symport" y "antiport" requieren de un ion cotransportado; "uniport" es definido como el flujo de soluto ion-independiente. El transporte facilitado de los tres tipos, con frecuencia requieren de un gradiente electroquímico. Tomado de Kakuda y MacLeod (1994). 

2.1 TRANSPORTE NO MEDIADO O DIFUSION SIMPLE

La difusión simple, es el mecanismo de transporte sin mediador. La principal fuerza que permite permeabilizar pasivamente las membranas es la difusión, como respuesta a un gradiente de concentración o electroquímico del substrato (Figura 4). Procede a favor del gradiente y no utiliza energía (Jerzy y George, 1968; Sernka y Jacobson, 1982; Lenhinger, 1987; Darnell et al, 1988).

Figura 4. Representación esquemática de un gradiente electroquímico.

Tomado de Diccionario de Terminología Médica (1999).

El tamaño y la carga de los conductos acuosos influyen en alguna medida en la velocidad con la cual se realizan los procesos de difusión. Así un conducto con carga neta negativa, será más permeable a los catiónes por la atracción de cargas (Sernka y Jacobson, 1982). Sin embargo, la velocidad de un proceso de transporte no mediado, depende principalmente de la concentración de soluto y su coeficiente de temperatura es generalmente, el de la difusión física, es decir, 1,4 por cada 10°C de elevación de la temperatura aproximadamente (Lenhinger, 1987). El paso que limita la difusión simple a través de la membrana es el movimiento de la sustancia desde la solución acuosa hasta el interior hidrofóbico de la bicapa fosfolipídica. La tasa de difusión de la molécula será proporcional a su hidrofobicidad. Una medida de hidrofobicidad es el coeficiente de partición que es la constante de equilibrio para la partición de la molécula entre aceite y agua. Es una medida de la afinidad relativa de la molécula por el lípido frente a su afinidad por el agua (Darnell et al, 1988).

La molécula del soluto no resulta modificada al pasar por la membrana ni asociada a otras especies moleculares.

Otra ruta importante para el transporte de nutrientes por difusión simple, son los espacios entre las células epiteliales del TGI. Por allí pasan pequeños electrolitos y agua, ya que los grandes solutos penetran por allí con gran dificultad debido a su tamaño. No obstante, todos los nutrientes pueden difundir aunque algunos en cantidades poco apreciables (Sernka y Jacobson, 1982).

En resumen los factores que determinan la permeabilidad relativa del epitelio gastrointestinal son (Sernka y Jacobson, 1982):

  • Tamaño y liposolubilidad de las partículas
  • La diferencia química y eléctrica entre el medio externo y el interno.
  • La carga neta de la partícula.
  • Permeabilidad intercelular e intracelular.

Un ejemplo de transporte por difusión son los electrolitos; que por lo general no son liposolubles, así que atraviesan por los conductos acuosos. (Sernka y Jacobson, 1982).

Cada ion cargado, transportado por difusión (por ejemplo, Na+), debe pasar junto con otro ion de carga opuesta (por ejemplo, Cl-).

2.2 TRANSPORTE MEDIADO

Este tipo de transporte puede ser pasivo o activo, dependiendo de si existe, o no, inversión de energía. Presenta las mismas características que existen entre el substrato y la enzima (Brooks, 1970; Lenhinger, 1987; Darnell et al, 1988 Charlotte, 1991):

  • Saturación a altas concentraciones de substrato o cinética de saturación.
  • Competitividad entre substratos estructuralmente semejantes y/o que tienen una misma ruta de absorción.
  • Afectada por inhibidores metabólicos.
  • Especificidad a esteroisómeros del substrato.
  • Eficiencia en la tasa de pasaje.
  • Decrece a una baja temperatura.

Este sistema permite a las grandes substancias hidrosolubles atravesar la membrana, además de que algunos substratos esenciales sean transportados en contra de fuerzas eléctricas y químicas. Aquí ocurre una interacción entre la sustancia penetrante y el mosaico proteico de la membrana.

Las membranas biológicas contienen moléculas protéicas capaces de unir substratos específicos de manera reversible y de transportarlos a través de las membranas. Este tipo de proteínas se les denomina permeasas o transportadores y facilitan el transporte de solo una serie limitada de moléculas. Su cinética se trabaja igual que la de Michaelis-Menten, solo que no se denomina Velocidad máxima (Vmax), sino Transporte máximo (Tmax). Tmax es la velocidad de transporte si todas las moléculas de permeasa contuvieran substrato, también definido como Jmax. El Kt, se refiere a la concentración de sustancia a la que se da, la mitad de Tmax (Sernka y Jacobson, 1982; Darnell et al, 1988; Charlotte, 1991).

La gráfica de la velocidad inicial de un proceso de transporte mediado, representada frente a la concentración de substrato es generalmente una curva hiperbólica que se acerca a su máximo cuando el incremento de la velocidad es de orden cero con respecto a la concentración de substrato (figura 5). (Lenhinger, 1987).

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 Figura 5. Representación de un sistema de transporte que presenta saturación. En la medida que la concentración de substrato se incrementa, el transportador se satura y limita la velocidad del transporte (línea continua). La velocidad del transporte no mediado es proporcional a la concentración (línea no continua). La línea continua, representa la ecuación de Michaelis-Menten. La concentración de substrato que produce la mitad de la velocidad máxima, llamada el valor Km o valor Kt es la constante de Michaelis. Cuando la concentración de substrato (S), es igual al valor Km, el cambio en la velocidad inicial (Vi) es muy sensible a los cambios en [S] y la enzima o en este caso el transportador está trabajando a la mitad de la velocidad máxima (Murray, 1988).

La velocidad máxima de transporte puede estar determinada por la velocidad de unión del substrato al transportador en un lado de la membrana o al transporte a través de la misma o de su liberación al otro lado de la membrana, análogamente como sucede con el complejo enzima-substrato, en el cual la velocidad de reacción depende de la velocidad de formación (o escisión) de dicho complejo (Lenhinger, 1987).

Con respecto a la forma en que trabajan las permeasas, la teoría antigua de un modelo denominado de transportador, explicaba que la proteína funcionaba como lanzadera, transportándose a través de la membrana o cambiando de posición su sitio activo. Esta forma de trabajar es tan costosa energéticamente, que la hacen poco probable y de hecho no se han encontrado pruebas de rotación física o de traslocación de un lado a otro de una permeasa (Darnell et al, 1988; Charlotte, 1991).

Las moléculas de los transportadores pueden llevar a sus ligandos a través de membranas experimentando cambios conformacionales que generan un "agujero" adecuado al substrato específico transportado (Lenhinger, 1987). Estas proteínas actúan como poros de compuerta que se abren en la presencia de un estímulo, permitiendo que el metabolito atraviese la membrana y cerrándose en la ausencia de dicho estímulo (Charlotte, 1991).

En cuanto a la inhibición específica del transporte mediado, puede ser por substancias estructuralmente relacionadas con el substrato y que compiten con él, por el sitio específico de unión; o puede ser por inhibición no competitiva, realizada por reactivos capaces de bloquear o alterar ciertos grupos funcionales específicos de las proteínas (Lenhinger, 1987). Este tipo de transporte se divide en transporte pasivo y transporte activo.

  1. Transporte pasivo o difusión facilitada (Uniport) Este mecanismo de transporte tiene características de la difusión y características cinéticas similares a los procesos de cotransporte, pero con un único soluto transportado (Sernka y Jacobson, 1982; Lenhinger, 1987; Harvey, 1994). Pertenece a la categoría de Proceso de Transporte Secundario (Harvey, 1994). Por este mecanismo se transportan algunos aminoácidos y glucosa en la membrana basolateral.

El proceso de transporte mediado no se inhibe al bloquear la fuente metabólica de energía. Es bidireccional, de acuerdo a la concentración relativa del substrato en cada uno de los compartimentos implicados. No se desarrolla en contra de un gradiente y además presenta fenómenos de saturación y de inhibición competitiva (Darnell et al, 1988).

La velocidad de transporte es mucho mayor que la desarrollada en un modelo de difusión simple basado en la solubilidad de las moléculas en una bicapa fosfolipídica y en la ecuación de FICK. Además presenta una velocidad máxima de transporte (Darnell et al, 1988).

2.2.2 Transporte activo Transporte activo, es el movimiento de un metabolito o un ion inorgánico, a través de una membrana en contra de un gradiente de concentración y con inversión de energía (ATP). Los sistemas de transporte activo son unidireccionales en su funcionamiento y dependientes de la energía; es decir, propulsan el substrato a través de la membrana solamente en una dirección (Lenhinger, 1987; Darnell et al et al, 1988).

Dentro del transporte activo existen sistemas de transporte, como son el cotransporte paralelo, el cotransporte antiparalelo e incluso la endocitosis. Los dos primeros, se les denomina transporte acoplado. Los factores que influencian este sistema de transporte los recopila la ecuación de Kedem (Harvey, 1994):

Js= (1/Rs)(s + zsFRswJw + RsAJA + RsBJB + RSRJR).

Donde:

S= cualquier especie de ion o molécula.

J= flujo de S

s= diferencia de concentración.

 Campo eléctrico.

Jw= flujo de agua.

JA,JB, ...= interacción fisico-quimica con otros iones o moléculas.

JR= acoplamiento químico con otras reacciones metabólicas.

Rs= resistencia al movimiento de un soluto S.

Rsw, RsA, RsB ,...= resistencia de la membrana al flujo acoplado.

2.2.2.1 Cotransporte paralelo (Symport). Las únicas sustancias conocidas cuyo transporte transmembranario está directamente ligado a la hidrólisis de ATP son Na+, K+, Ca++, e H+. El transporte de glucosa hacia el interior celular, en contra de su gradiente de concentración, es óptimo cuando existe un gradiente de Na+ a favor, que supere la fuerza antagónica que genera el gradiente de la hexosa. (Darnell et al et al, 1988).

El modelo propone que la glucosa penetra en la célula uniéndose a una molécula de un transportador específico (permeasa SGLTs) que además puede captar Na+, seguramente en otro centro de unión del transportador. De este modo, la permeasa facilita simultáneamente la penetración de glucosa y Na+ en conjunto (Hediger, 1994).

Si la concentración de Na+ externa, es mucho mayor que la interna, el Na+ ligado al transportador tenderá a trasladarse hacia adentro, a favor del gradiente del Na+. El transportador para que funcione, necesita también de glucosa ligada. Entonces el transporte de Na+ a favor de un gradiente puede "arrastrar" también glucosa al interior celular, mediante un transportador pasivo con dos sitios de enlace como se anotó anteriormente, uno para el Na+ y otro para la glucosa. Así de esta manera, se logra acumular glucosa en contra de un gradiente siempre y cuando el gradiente de Na+ hacia el interior exceda el gradiente hacia fuera de la glucosa. La molécula transportada y el ion cotransportado se dirigen en la misma dirección. A esto justamente es a lo que se le denomina cotransporte paralelo (Darnell et al et al, 1988; figura 6).

Figura 6. Modelo del cotransporte Na+/glucosa realizado por la SGLT-1. La carga positiva representa el Na+.Tomado de Wright, 1994.

2.2.2.2 Cotransporte antiparalelo (antiport). Al igual que el cotransporte paralelo, consiste de un transporte acoplado de dos solutos y pertenece a los denominados Procesos de Transporte Secundarios (Harvey, 1994; wolfersberger, 1994). La diferencia radica en que los solutos se mueven en dirección opuesta a través de la membrana. En algún momento se le denominó "intercambio" o "difusión de intercambio" (Darnell et al, 1988; Harvey, 1994; figuras 1 y 3). Por este mecanismo se transporta el acetato al interior celular y un intercambiador Na+/H+, en donde por cada Na+ que ingresa a la célula sale un H+ como se verá más adelante.

2.2.2.3 Endocitosis. Es el proceso mediante el cual, las células fijan e internizan macromoléculas y partículas a partir del medio exterior. Una pequeña región de la membrana plasmática se pliega hacia adentro o se invagina hasta formar una nueva vesícula intracelular de unos 0.1um de diámetro. Existen dos tipos de procesos endocíticos. La pinocitosis es la incorporación inespecífica de pequeñas gotas de fluido extracelular por tales vesículas. Cualquier material disuelto en el fluido se interniza en proporción a su concentración en el fluido. En la endocitosis mediada por receptor hay un receptor específico en la superficie de la membrana que "reconoce" una macromolécula extracelular y se une a ella. El substrato que se une al receptor se llama ligando. La región de la membrana plasmática que contiene el complejo receptor-ligando experimenta endocitosis. La misma vesícula endocítica puede ser empleada para endocitosis mediada por receptor y para pinocitosis: que una molécula penetre en la vesícula por uno u otro proceso depende de que se una o no a un receptor específico en la superficie celular. Por este mecanismo se transportan proteínas biológicamente activas en peces, no solo en sus primeras etapas de vida como se verá más adelante.

2.2.2.3.1 Fusión de membranas en la endocitosis. En la endocitosis una parte de una región de la membrana se fusiona con otra parte de la región para formar una vesícula intracelular.

Un obstáculo para la fusión de membranas es la elevada carga negativa de superficie de los grupos fosfato en los fosfolípidos y en los residuos del ácido siálico que se hallan en los glucolípidos de la superficie celular, que provocan que las membranas se repelan entre sí. Otro obstáculo consiste en las cargas de las superficies proteicas de las membranas que también inhiben el contacto íntimo. Un tercer obstáculo es la ausencia de extremos libres en las membranas. Para que la fusión tenga lugar, deben abrirse láminas o esferas continuas de membrana.

En primer lugar sucede un acercamiento de las membranas para luego desarrollar la fusión como tal. El polietilenglicol puede actuar como un factor de fusión, pero se desconoce cómo lo hace. Las glucoproteínas víricas también actúan como factores de fusión.

El mecanismo de fusión es todavía desconocido. Algunos estudios de criofractura sugieren que estas regiones de contacto están desprovistas de proteínas intramembranares y por consiguiente, la unión de membranas sucede entre regiones con escasez de proteína (Darnell et al, 1988).

2.2.2.3.2 Endocitosis mediada por receptor. La endocitosis mediada por receptor permite la captación selectiva de proteínas extracelulares y de partículas pequeñas. Las proteínas receptoras de la superficie celular unen ciertas moléculas con un alto grado de especificidad. Enseguida de esto, la membrana plasmática que contiene el complejo receptor-ligando se interna dentro de la célula. Esta internización normalmente se da en unas depresiones especializadas de la membrana celular, llamadas cavidades revestidas, que por su constitución proteínica dan la apariencia de ser zonas recubiertas de la membrana celular. Esta proteína de revestimiento se denomina clatrina.

La vesícula formada al invaginarse la membrana, llamada vesícula revestida, pierde su recubrimiento tras la endocitosis formando vesículas de superficie lisas, llamados endosomas. Sin embargo, en la membrana plasmática coexisten cavidades con y sin revestimiento y no siempre es claro qué implicaciones tienen cada una de ellas sobre el proceso endocítico.

La internización siempre requiere un gasto de energía: se da dentro del rango de 4°C, a 37°C en células con disponibilidad de ATP. Las constantes de unión del orden de 10-8 M, son típicas de muchos receptores implicados en procesos de endocitosis. Sin embargo, los receptores de la superficie celular no requieren gasto de energía alguno para fijar sus ligandos. La formación de un complejo receptor-ligando, consta de muchas interacciones específicas no covalentes entre ambas moléculas (Darnell, et al, 1988).

Dentro de la célula, el endosoma se fusiona con una vesícula de desacoplamiento denominada CURL (compartimento de desacoplamiento, receptor-ligando). Una zona rica en receptores, una vez realizado el desacoplamiento, forma una nueva vesícula independiente que recicla los receptores hacia la membrana plasmática. La mayoría de los receptores de superficie se reciclan. Es posible que algunas proteínas y fosfolípidos que han sido internizados junto con los receptores, también sean reciclados y vuelvan a la membrana celular (Darnell, et al, 1988).

El ligando posiblemente pasa a los lisosomas para ser degradado, como en el caso de las lipoproteínas de baja densidad (LDL). Otro destino puede ser el mismo citoplasma de la célula o atravesar la célula y ser secretados mediante exocitosis a través de la membrana basolateral. Un ejemplo típico de endocitosis mediada por receptor, es la entrada de inmunoglobulinas que una vez en el citoplasma, pasan intactas al torrente sanguíneo del lactante por exocitosis (Darnell, et al, 1988).

2.2.2.3.3 Pinocitosis. Es la forma inespecífica de endocitosis, en la que cualquier material extracelular es incorporado con una velocidad proporcional a su concentración en el medio extracelular, como se mencionó anteriormente.

Una vez las vesículas son internizadas se fusionan con otras vesículas, formando vesículas más grandes que a su vez, se fusionan con lisosomas en los que el material es destruido presumiblemente por proteasas lisosómicas (Darnell et al, 1988).

3. TRANSPORTE DE GLUCOSA Y AMINOACIDOS EN EL EPITELIO DE ABSORCIÓN DE ANIMALES VERTEBRADOS

3.1 GLUCOSA

En el intestino (duodeno, yeyuno, íleon) de vertebrados superiores, los productos de la digestión de carbohidratos dietarios, D-glucosa y D-galactosa, son absorbidos por enterocitos maduros en el tercio superior de los vellos vía SGLTs y GLUTs, que son proteínas transportadoras o permeasas (Hediger 1994) (Figura 7).

Figura 7. Modelo esquemático ilustrando los mecanismos del transporte de glucosa transepitelial en intestino (A) y túbulos renales (B). Tomado de Hediger (1994).

El mecanismo de absorción en los túbulos renales es realizado de la misma manera que en el epitelio intestinal de absorción. La glucosa se toma de la orina mediante un sistema de transporte activo secundario Na+-acoplado y pasa a las células del túbulo proximal. Subsecuentemente pasa a la sangre vía sistema de transporte facilitado, por intermedio de un gradiente de concentración descendente. Existen dos transportadores renales para la glucosa: Uno de baja capacidad y alta afinidad compartido para glucosa y galactosa denominado SGLT-1 y otro de alta capacidad y baja afinidad denominado SGLT-2 (Hediger, 1994).

Los nutrientes para ser absorbidos al torrente sanguíneo, atraviesan como primera medida la membrana borde de cepillo y posteriormente la membrana basolateral de las células del epitelio. Los azúcares, como se mencionó anteriormente y algunos aminoácidos pueden ser transportados por una familia de proteínas denominada SGLTs (Hediger 1994) que también tiene un sitio de enlace para el Na+, ejerciendo un efecto alostérico favorable (Figura 8). Esta unión sucede en la membrana borde de cepillo (luminal) de la célula de la mucosa intestinal, para ser liberado el Na+ y el azúcar o aminoácido en la cara interna de esta membrana (Sernka y Jacobson, 1982).

Figura 8. Modelo estructural del cotransportador SGLT-1, mostrando sus 12 -hélices transmembranares. Tomado de Hediger (1994).

La célula utiliza la energía almacenada en el gradiente trasmembranario de iones Na+. El movimiento de un ion Na+ ("ion cotransportado") a través de la membrana, a favor de su gradiente de concentración, está acoplado obligatoriamente al movimiento de la molécula "transportada" en contra de su gradiente de concentración.

La glucosa del interior celular al torrente sanguíneo, atraviesa la membrana basolateral por medio de la proteína GLUTs por el mecanismo de difusión facilitada, independiente del transporte de Na+. Por la carencia de una carga neta, al igual que los aminoácidos zwiteriónicos, el transporte no se ve influenciado por el potencial de membrana y depende únicamente del gradiente de concentración (Kakuda y MacLeod, 1994). El Na+, atraviesa esta membrana por un mecanismo de transporte en el cual interviene la Na+-K+-ATPasa.

La familia de Na+/cotransportadores se ha denominado, SGLTs; que actúan en contra del gradiente de substrato y a favor de un gradiente de Na+. Es una proteína de membrana hidrofóbica, de 75 kDa (Crane et al, 1961 citado por Hediguer, 1994). Hirayama et al (1991) la describen como un cotransportador tanto de la membrana, como de los túbulos renales; es una proteína de 68-77 kDa, de masa molecular que representa un 0.1% del total de la proteína de la membrana, con un punto isoeléctrico aparente entre 5 y 6. Los substratos sobre los que actúa pueden ser azúcares, aminoácidos, vitaminas y osmolitos, tanto en bacterias como en distintos animales. Esta familia de cotransportadores son proteínas conteniendo de 482 a 718 residuos de aminoácidos y 12 alfa-hélices transmembranares (Wright, 1994). Se conserva su estructura primaria bastante similar por lo menos en los mamíferos, rata, ratón, gato y perro (Hirayama et al, 1991).

Wright, et al, (1994) encontraron bajo condiciones experimentales para las SGLTs lo siguiente: a) el transporte de azúcar, solo sucede en presencia de Na+, b) el coeficiente de acoplamiento entre el Na+ y el azúcar es 2, c) la dirección del transporte de azúcar es reversada, si el gradiente del Na+ es reversado, d) Al incrementar la concentración de Na+ intracelular, inhibe el transporte de azúcar Trans-inhibición, e) el transporte de azúcar es incrementado por un potencial de membrana negativo.

El portador SGLT-1, que pertenece al intestino delgado y a los túbulos proximales del riñón, es de alta afinidad, baja capacidad y de estequiometría 2 Na+/1 D-glucosa. El otro portador de baja afinidad y alta capacidad de transporte presente en mamíferos (SGTL-2, Hediger, 1994), posee una relación estequiométrica 1 Na+/1 D-glucosa, identificado cinéticamente en los túbulos proximales del riñón, despliega un valor de Kt hasta 10 veces mayor que el de SGTL-1. Presenta similares características de dependencia al Na+ en el transporte de la D-glucosa, pero este portador no reacciona significativamente a los anticuerpos policlonales producidos a partir de SGLT-1. Lo que quiere decir, que son productos de genes distintos. Para Hediger (1994) es claro que el SGLT-2 sólo se localiza en el riñón de mamíferos y mantiene una homología con el transportador presente en el intestino del 60%. La SGLT-1 de mamíferos en condiciones experimentales responde a un gradiente de H+ para el transporte de azúcares, con una relación estequiométrica de 2H+:1glucosa, pero mostrando mayor eficiencia el co-transporte con Na+.

Algunos resultados experimentales con relación al transporte de glucosa en conejos, nos muestran lo siguiente (Kessler, 1978):

  • En la presencia de Na+, pero en la ausencia de un gradiente de Na+ en el tiempo 0, la captura de D-glucosa es acelerada. No se presenta fenómeno de acumulación transitorio "overshoot".
  • En la presencia de un gradiente de NaCl (Na+ externo > Na+ interno) se presenta el fenómeno de acumulación transitorio de D-glucosa, en contra de su propio gradiente de concentración.
  • En la presencia de un gradiente de NaSCN (tiocianato) también se presenta el fenómeno de "overshoot". El tiocianato que es mas liposoluble que el cloruro, probablemente produce un mayor potencial de membrana (interior de la vesícula negativo), lo que incrementa la fuerza de conducción para el flujo de Na+ y D-glucosa al interior de la vesícula.
  • Los trabajos hechos con L-glucosa en iguales condiciones a las descritas en los tres puntos anteriores no presentan fenómeno de "overshoot".

Estas características corresponden a un mecanismo de cotransporte paralelo (Symport) (Kessler, 1978).

3.2 TRANSPORTE DE AMINOÁCIDOS.

El transporte activo de aminoácidos tiene muchos puntos de similitud con el transporte activo de glucosa. A partir de la cinética del transporte, así como de los estudios de competición por el transporte de varios aminoácidos, se ha deducido que existen al menos cinco sistemas de transporte distintos, cada uno de los cuales puede transportar un grupo de aminoácidos estrechamente relacionados según Scalera et al, (1980):

  • Pequeños aminoácidos neutros
  • Grandes aminoácidos neutros
  • Aminoácidos básicos
  • Aminoácidos ácidos
  • Iminoácido prolina

Muchos aminoácidos en el intestino de mamíferos requieren de Na+ externo para impulsar el transporte de estos, hacia el interior de la célula a través de la membrana borde de cepillo. La energía inherente de un gradiente de Na+ hacia el interior celular, es el motor para la inclusión de los aminoácidos en contra de un gradiente de concentración. Luego, del interior celular al torrente sanguíneo, los aminoácidos pasan por un mecanismo de difusión facilitada, como se describió anteriormente para la glucosa (Crane, 1965, citado por Storelli et al, 1989).

Varios transportadores se han logrado aislar completamente y analizarlos.

Aunque primariamente el transporte activo de solutos a través de la membrana plasmática en animales superiores depende del gradiente de Na+, cada vez toma mayor fuerza la presencia de un transportador de oligopéptidos que trabaja acoplado al H+, denominado Pept1. Proteína de 707 residuos (Figura 9). El gradiente electroquímico del H+ en las células epiteliales se forma por cotransporte antiparalelo de Na+/H+, a expensas de la energía acumulada en el gradiente electroquímico del Na+. La presencia de un gran segmento de la proteína inusualmente hidrofílico con diferentes sitios de N-glicosilación la hace estructuralmente distinta de los otros transportadores de solutos orgánicos reportados. Los oligopéptidos que sirvieron como substratos de prueba fueron transportados indistintamente de su contenido de aminoácidos básicos, ácidos o hidrofóbicos. Esto probablemente nos indica que cualquier di-, tri- y tetrapéptido puede servir de substrato de Pept1. El cotransporte de H+ se demostró midiendo directamente el pH intracelular, usando un microelectrodo. Los estudios termodinámicos predicen que Pept1 puede concentrar oligopéptidos venciendo un gradiente en contra hasta 316 veces mayor, a través de la membrana borde de cepillo (Fei et al 1994 citado por Hediger, 1994).

Figura 9. Modelo esquemático de Pept1. Tomado de Hediger (1994).

El transportador EAAC1 tiene por substrato el glutamato. Es de alta afinidad, electrogénico, acoplado al cotransporte de dos Na+ y al contratransporte de un K+ y un OH-. Está conformado por 524 residuos de aminoácidos; parece tener diez -hélices transmembranares con un gran segmento hidrofóbico cercano al C, terminal (Hediger, 1994) (Figura 10).

Figura 10. Modelo estructural de EAAC1. Potenciales sitios de fosforilación protein-quinasa C, son marcados por PKC. Tomado de Hediger (1994).

En cuanto a los mecanismos de transporte Na+-independientes los aminoácidos catiónicos son influidos para su transporte, tanto por el gradiente de masa como el gradiente eléctrico, a diferencia de los aminoácidos zwitteriónicos que por su carencia de carga neta solo se ven influenciados por el gradiente de asa. Además, están mediados por dos tipos de proteínas: la familia de las mCAT, que también transportan aminoácidos dipolares y son la MCAT-1, mCAT-2 de alta afinidad y la isoforma mCAT-2ª de baja afinidad, alta capacidad. (Cuadro 1). El otro tipo de proteínas transportadoras de aminoácidos catiónicos son las rBAT y 4f2hc (Figura 11) las cuales pertenecen a la familia D2H. La rBAT exhibe propiedades similares al sistema b0,+, quien media el transporte de aminoácidos catiónicos y dipolares. La rBAT, también media el transporte de cistina, un aminoácido no asociado al sistema b0,+. La 4F2hc tiene similares propiedades de transporte al sistema y+L; transporta aminoácidos neutros, dibásicos, pero no cistina, a pesar de tener el 29% de homología con rBAT. Como rBAT y 4F2hc, solo tienen un dominio a través de la membrana, es poco probable que cada una actúe independientemente en el transporte de substratos (Kakuda y MacLeod, 1994); más aún, cuando interacciones proteína-proteína se han detectado. La rBAT parece enlazarse por un puente disulfuro con una subunidad de 125 kDa y la 4F2Hc se acopla a una cadena peptídica que aún no ha sido aislada (Palacin, 1994). Pueden actuar como activadores del transporte o reguladores. Además, pueden autoagregarse para formar porinas, que traslocan aminoácidos. De todas maneras, si rBAT y 4F2Hc son transportadores o activadores del transporte, debe ser claramente determinado (Hediger, 1994); teniendo en cuenta que se ha detectado también una "nueva" clase de proteínas denominadas, proteínas accesorias que también intervienen en los procesos de transporte (Hediger, 1993, citado por Kakuda y MacLeod, 1994).

Figura 11. Estructura de la proteína renal e intestinal rBAT/D2H y su homólogo 4F2. Estas dos son aproximadamente el 29% idénticas y son miembros de una "nueva" familia de transportadores de aminoácidos. La mutación de Met-467, causa cistinuria. La parte terminal COOH, es homóloga a una familia de enzimas que metabolizan carbohidratos. Tomado de Hediger (1994).

El cuadro 2 resume algunos sistemas de transporte encontrados en mamíferos, permeasas específicas y los respectivos aminoácidos que transportan.

3.3 LA SODIO-POTASIO-ATPasa.

El gradiente de Na+ es generado por una proteína denominada Na+K+-ATPasa, que trabaja bombeando Na+ a través de la membrana basolateral al exterior de la célula a expensas del ATP, manteniendo la concentración de Na+ interna mucho más baja que la del medio externo (Lenhinger, 1987, Darnell et al, 1988).

La Na+K+-ATPasa, se ha solubilizado y purificado a partir de membranas de diversos tipos celulares, entre ellas la de riñón de mamífero y el órgano eléctrico de anguilas. La enzima es probablemente un dímero conteniendo cada subunidad dos cadenas polipéptidas diferentes. Una de ellas de peso molecular Mr= 50.000 y la otra es un polipéptido no glucosilado de peso molecular Mr= 120.000 que tiene un sitio catalítico para la hidrólisis de ATP. El proceso completo de transporte implica el traslado de 3 Na+ hacia el exterior y 2 K+ hacia el interior mediante la escisión de una molécula de ATP.

La Na+K+-ATPasa está orientada en la membrana de modo que sobresale por ambas caras de esta. La región que sobresale hacia el citoplasma tiene un sitio para la fijación de ATP y tres sitios de alta afinidad para la fijación de iones Na+. El Kt o constante de afinidad para la fijación del Na+ a la ATPasa es de 0.2 mM, valor este, muy por debajo a la concentración intracelular de Na+ (Tabla 2); lo que garantiza que el Na+ es bombeado a una velocidad máxima. En la cara externa la ATPasa tiene dos sitios de alta afinidad para el K+. El Kt, es de 0.05 mM, valor este, también muy por debajo de la concentración de K+ extracelular, garantizando un bombeo también a velocidad máxima. La ATPasa debe contener uno o más conductos iónicos y ciertos cambios conformacionales potenciados por la hidrólisis del ATP que le permiten bombear Na+ y K+ en contra de sus gradientes electroquímicos.

Tabla 2. Gradientes de concentración iónicos de mamíferos

celula-sangre

Ion Célula Sangre mM

K+ 139 Mm 4

Na+ 12 mM 145

Cl- 4 mM 116

HCO3- 12mM 29

Prot- 138mM 9

Mg++ 0.8mM 1.5

Ca++ <1µM 1.8

Tomado de Darnell, et al., 1988

El mecanismo de acoplamiento entre las reacciones de transporte de Na+ y K+ y la escisión de ATP, no se conoce en detalle, pero se identifican las siguientes etapas:

  1. Se inicia con un estado conformacional de la proteína denominado E1, en el cual se unen tres iones Na+ y el ATP a sus respectivos sitios en la superficie interna de la membrana.
  2. En una reacción que requiere Mg2+, el ATP unido se hidroliza a ADP, mientras el fosfato liberado se transfiere a un residuo aspartato específico en la permeasa formando un enlace acilfosfato alto en energía.
  3. A continuación cambia a una etapa denominada E2, para impulsar los tres iones Na+ fuera de la célula. Dos iones K+ se unen a la cara externa de la permeasa, hidrolizándose el acilfosfato a aspartato y fosfato libre.
  4. Finalmente la enzima vuelve a su conformación original E1, liberando los dos iones K+ al interior celular.

Esto aún es una hipótesis, mas sin embargo, se cree ampliamente que es la hidrólisis del ATP, la que impulsa los cambios conformacionales para que la Na+K+-ATPasa pueda transportar Na+ al exterior y K+ al interior (Darnell et al, 1988). Este tipo de transporte de la enzima se denomina Traslocación Primaria de Soluto (Harvey 1994).

Cuadro 3. Clasificación de los procesos de transporte

en el tracto gastrointestinal de mamíferos

Tomado de Sernka y Jacobson, (1982).

Como nos indica el cuadro 3, muchos nutrientes son transportados por mas de una vía. Todos los nutrientes utilizan el transporte pasivo simple para entrar o abandonar el TGI. El agua se transporta únicamente por transporte pasivo simple en respuesta a un gradiente osmótico. También por este mecanismo lo hacen los ácidos grasos, glicéridos, el colesterol y las vitaminas liposolubles (Sernka y Jacobson, 1982).

PROCESOS DE TRANSPORTE PRIMARIOS:

Translocación Primaria de Soluto. Tradicionalmente denominado, transporte activo. Consiste en la reacción enzimática vectorial catalizando la transferencia de un soluto a través de la membrana en contra de un gradiente electroquímico sin alteración química del soluto.

Traslocacion de Grupo. Una reacción enzimática que cataliza la transferencia de un soluto a través de la membrana y simultáneamente la transformación química del soluto a otra especie molecular. Por ejemplo la acumulación de varios fosfatos de azúcares a partir de azúcares simples en crecimiento bacterial por la acción de la fosfotransferasa.

Traslocación de electrones. El transporte de electrones ocurre por enzimas redox dispuestas a través de membranas biológicas.ejemplo, la oxidación de la citocromo c por citocromo a en el interior de la membrana mitocondrial.

PROCESOS DE TRANSPORTE SECUNDARIOS:

Cotransporte paralelo. Transporte acoplado de dos solutos en la misma dirección, a través de una membrana, mediada por un solo tipo de molécula protéica.

Cotransporte antiparalelo. Transporte acoplado de dos solutos como el anterior, pero en dirección opuesta, a través de la membrana; también llamado "intercambio" o "difusión de intercambio".

Difusión facilitada. Transferencia transmembranaria de soluto con características cinéticas similares a las anteriores, pero donde solo se mueve un solo substrato en una dirección predominante, no acoplado al gasto de energía o a otro gradiente de soluto. Solo funciona a favor de un gradiente electroquímico de soluto. Por simplicidad se excluye de esta definición a las porinas o proteínas conducto.

4. RUTAS DE TRANSPORTE EN ORGANISMOS MULTICELULARES.

4.1 VASOS LINFATICOS

Ruta importante para el transporte de grasas, especialmente para glicéridos de cadena larga y las vitaminas liposolubles. El colesterol usa esta ruta de acceso exclusivamente (Jerzy y George, 1968)

. 4.2 CAPILARES SANGUÍNEOS

Los capilares sanguíneos son la ruta normal de transporte. Por allí entran al organismo péptidos, aminoácidos, carbohidratos y glicéridos con ácidos grasos de cadena corta, vitaminas hidrosolubles y minerales (Jerzy y George, 1968).

5. ENERGÉTICA DEL TRANSPORTE ACTIVO EN ORGANISMOS MULTICELULARES.

En términos termodinámicos, transporte activo se define como un proceso de transporte, cuyo sistema gana energía libre.

Al diluir una solución con la adición de agua, la energía libre disminuye y su entropía aumenta; las moléculas están mas separadas y por lo tanto mas distribuidas al azar. Por el contrario, cuando se concentra una solución diluida, la energía se concentra. Por tanto se requiere la introducción de energía libre para transferir un soluto desde una disolución a una concentración determinada, al interior de otro compartimento con una concentración superior. A la inversa, si el soluto pasa a un compartimento en donde la concentración es menor, entonces hay un descenso de la energía libre. El cambio de energía libre G’ que tiene efecto cuando 1 mol de un soluto sin carga eléctrica se traslada desde el compartimento en que se encuentra a una concentración C1, hasta otro compartimento de concentración C2, se expresa así: (Lenhinger, 1987)

G’ = RT In C2/C1

En donde:

R es la constante universal de los gases, es decir, 1.98 calorías/mol/grado absoluto y T es la temperatura en ° K.

Esta igualdad supone que el soluto transportado no porta carga eléctrica neta alguna y que en ambos compartimentos se encuentra en una misma especie molecular. El resultado queda expresado en calorías. Por ejemplo, el movimiento de un mol de sustancia desde una solución 1M hasta otra solución 0.1M, lo que representa un gradiente de concentración de 10, libera 1359 cal de energía libre (25°C): (Lenhinger, 1987)

G’ = -RT In C2/C1

G’ = -[1.98cal/(grado.mol)](298°K)(In1.0/0.1)

G’ = -1359cal/mol

Si consideramos la situación contraria, entonces se requerirá de 1359 cal para transportar un mol en contra de un gradiente de concentración de 10.

Si el soluto en consideración está cargado eléctricamente, la ecuación del cambio de energía libre de un transporte activo es más compleja, por que entonces existen dos gradientes:

  • Un gradiente de masa
  • Un gradiente de potencial eléctrico o de carga

A la suma de estos dos gradientes se le denomina gradiente electroquímico.

El cambio de energía libre para el transporte de un ion cargado eléctricamente está dado por la siguiente ecuación:

G’ = RT In C2/C1 + Zƒ §

En donde:

Z es el número de cargas por molécula de soluto.

ƒ es el faraday (96 493 Columbios gramo equivalente -1) y

§ La diferencia de potencial eléctrico entre dos compartimentos, expresada en voltios.

En síntesis, la segunda parte de la ecuación representa la contribución en energía libre debida al transporte de carga eléctrica.

El componente eléctrico de un gradiente a través de una membrana, es decir, el potencial de membrana, solo se puede medir directamente en las células nerviosas o musculares. En las demás células se estima aproximadamente o por métodos indirectos (Lenhinger, 1987). El gradiente de voltaje a través de una membrana citoplasmática es tal, que el lado exterior es positivo y el interior negativo. De esta manera el potencial de membrana favorece la entrada de iones y moléculas cargados positivamente e impide la entrada de iones y moléculas cargados negativamente (Charlotte, 1991).

El gradiente de concentración de un soluto dado a través de una membrana constituye el reflejo de un estado estacionario, como resultado de dos procesos opuestos: el transporte activo de soluto hacia el interior (o hacia fuera) de la célula y un proceso pasivo de retro-flujo. El trabajo requerido para mantener un gradiente de concentración dado a través de una membrana depende de la magnitud del gradiente y la velocidad del retro-flujo (Lenhinger, 1987).

6. ORGANOS DE ABSORCIÓN

Cabe anotar, que los órganos de absorción contemplados en el presente trabajo, no son los únicos que cumplen esta función. Las branquias e incluso la superficie corporal, contribuyen en la absorción de minerales directamente del medio acuático. La absorción de minerales del agua es un proceso vital para la osmorregulación en los peces de agua dulce, además de su papel nutricional (Hepher, 1993; Watanave 1997).

6.1 ESTOMAGO

El estómago no es considerado un órgano de absorción, como sí lo es el intestino y los ciegos pilóricos. Sin embargo, Dobrowski y Dobrowska (1981) mediante el método indirecto de cuantificación de la digestibilidad con óxido de cromo, reportan absorción de algunos aminoácidos con un coeficiente de digestibilidad de hasta 58.46, para Histidina por ejemplo. (Halver 1989), reporta una gran actividad de lipasa y esterasa en la mucosa estomacal y lo relaciona con pinocitosis y una posterior digestión intracelular en este tejido. Shears y Fletcher, 1983, citados por Watanave, 1997, encuentran alguna absorción menor de Zinc, en el estómago del pez platija.

6.1.2 Anatomía e histología El estómago de los peces presenta una gran variedad de formas. Generalmente es de tipo sigmoideo, con alta capacidad de distensión. El Semaprochilodus insignis (Chavez y Vazzoler, 1984) al igual que el bagre Ictalurus punctatus (Halver, 1989) por ejemplo, presentan un estómago en forma de "U". Puede presentar pliegues en su mucosa interna al igual que en la cachama blanca (Piaractus brachypomus) (Eslava, comunicación personal). Un par de esfínteres en el bagre, aíslan el contenido tanto desde la porción anterior del TGI (esfínter cardial) como del intestino (esfínter pilórico) (Halver, 1989).

En el estómago de los peces pueden reconocerse de una a tres regiones; una porción cardial, una porción en forma de saco ciego (fúndica) y una porción pilórica. En el esturión Acipenser baeri, se distingue una zona cardial, glandular con células cuboidales y células mucosales de núcleos basales y prominentes microvellos. Además, de numerosas glándulas gástricas simples y tubulares. Finalmente, una región pilórica con una capa muscular bien desarrollada, con células columnares de núcleo basal y microvellos (Gisbert, 1998).

En algunas especies como los ciprínidos, no es fácil delimitar el estómago macroscópicamente aunque microscópicamente se puede diferenciar al menos la región glandular (fúndica). Estos peces son denominados agástricos (Caceci, 1984).

El estómago tiene una conformación histológica similar a la de los mamíferos con cuatro capas: una mucosa, una submucosa, una muscular y una serosa. El revestimiento del estómago tiene muchas células secretorias en adición a las células mucosales (Gisbert, 1998).

Mientras la morfología "gruesa" del estómago es tan variable, la histología es bastante persistente. El epitelio gástrico tiene tres clases de células: oxínticas, que producen gránulos de pepsina y HCl (Mattisson y Holstein, 1980 citados por Halver, 1989), células endocrinas posiblemente de tres tipos (gastrina, somatostatina y polipéptidos pancreáticos) y células de mucus superficiales posiblemente de tres tipos (sialomucinas, sulfomucinas, mucosubstancias neutras). Las células oxínticas normalmente se encuentran en la parte anterior del estómago y son poco usuales cerca al píloro (Halver, 1989).

Microscópicamente en cachama blanca se presenta también las tres regiones: a) una porción cardial aglandular; b) una región fúndica con glándulas tubulares profundas (saco bien desarrollado) y c) la región pilórica en donde se disminuye el epitelio glandular. El epitelio de revestimiento es de tipo columnar simple con gran cantidad de células productoras de moco. Se observó una lámina propia de la mucosa con abundantes células entre las cuales se sitúa el epitelio glandular. La capa submucosa se encuentra poco desarrollada. La muscular está conformada principalmente por músculo liso dispuesto en dos capas, una circular interna y una longitudinal externa, con algunas fibras musculares estriadas entre grupos de fibras lisas, especialmente en la región anterior de animales de mayor tamaño. La serosa que recubre el órgano es poco desarrollada (Eslava, comunicación personal).

6.1.3 Fisiología La batería enzimática producida por el estómago, esterasa, quitinasa, lipasa, lisozimas (lisan bacterias) entre otras, preparan el alimento realizando procesos de hidrólisis para su absorción en la región post-gástrica en los peces (Halver, 1989).

En la revisión hecha por Hepher (1993) se describe la presencia de pepsina con una mayor actividad proteolítica y afinidad, que su equivalente en mamíferos, mostrando gran eficiencia para este tipo de substratos. También se reportan carbohidrasas con niveles más elevados en peces omnívoros y herbívoros que en carnívoros.

Los estómagos bien desarrollados con una amplia región glandular generalmente realizan procesos de digestión ácida (ácido clorhídrico). Este tipo de digestión, particularmente en tilapia alcanza unos valores extremadamente bajos de pH de 1,25 e incluso 1,0. El alimento dentro del estómago puede tomar dos rutas: una ruta ventral, por donde pasan las algas convirtiendo la clorofila de su composición en feofitina y lisando la pared celular para permitir una posterior acción enzimática intestinal. La pared celular de algunas bacterias también son lisadas mediante este mecanismo; otras algas pasan del esófago directamente al esfínter pilórico, con exposición a valores de pH más altos (2.0). La acidez gástrica llega a descomponer incluso minerales, proteínas y carbohidratos (Bowen, 1982).

6.2 CIEGOS PILÓRICOS

Los ciegos pilóricos (CP), son divertículos o apéndices tubulares presentes en gran número, situados entre el final de la porción pilórica del estómago (de allí su nombre) y la parte proximal del intestino anterior de algunos peces (Buddington y Diamond, 1987; Ahearn, et al, 1992).

6.2.1 Anatomía e histología La presencia de ciegos no es claramente relacionada con la naturaleza de la dieta o la longitud del intestino. Sin embargo, cuando se presentan, tienden a ser mas desarrollados en carnívoros que en herbívoros, especialmente en peces carnívoros con intestino corto (Buddington, 1987).

Los ciegos en algunas especies de peces constituyen una significativa porción del área de superficie postgástrica total y en algunos casos la mayor porción (Buddington y Diamond, 1987). En Cachama negra (Colossoma macropomun) (Goulding y Carvalho, 1982), se contabilizan de 41 a 75 ciegos pilóricos. En cachama blanca (Eslava comunicación personal) encontró de 25 a 32, con un mayor número en animales juveniles que en alevinos.

Los ciegos pilóricos se encuentran tapizados por epitelio similar al del intestino. Existe una musculatura cecal que mueve el contenido intestinal hacia adentro y hacia afuera de estos. El pequeño diámetro y en algunas especies la presencia de pliegues de la mucosa cecal, dotan a los ciegos con una mayor relación área:volumen que el intestino (Buddington y Diamond, 1987; Eslava, comunicación personal).

En el plano histológico, presentan las mismas cuatro capas referidas al estómago anteriormente y en general a la totalidad del TGI. Poseen una delgada pared con músculo liso, además de proyecciones digitiformes o pliegues similares a las vellosidades reportadas en mamíferos, más desarrolladas en animales juveniles que en alevinos. Estas estructuras se encuentran revestidas por un epitelio columnar absortivo simple, quien descansa sobre una membrana basal bien desarrollada, a su vez sustentada por una lámina propia que se encuentra irrigada por una red micro-vascular también mucho más desarrollada en animales de mayor tamaño. Al interior de los pliegues se pueden observar estructuras vasculares que pudieran ser vasos linfáticos emulando los quilíferos de los mamíferos. Los enterocitos que revisten la mucosa de los CP son células cilíndricas con una superficie apical correspondiente al borde de cepillo. Se encuentran también vacuolas de diverso tamaño en la región citoplasmática de estas células. Las células caliciformes son escasas en esta región. Asociado a su capa serosa, los CP poseen un gran número de agregados celulares pancreáticos que se intercomunican vascularmente con cada uno de los ciegos y además por medio de conductos pancreáticos (Eslava, comunicación personal).

La constitución histológica individual de Semaprochilodus insignis muestra una cápsula fibroconjuntiva tapizada por una capa de epitelio al parecer, de tipo estratificado simple. Difiere de los hallazgos anteriores ya que no evidencia estructuras glandulares ni absortivas, sugiriendo funciones diferentes a estas. Las cápsulas que envuelven los ciegos pilóricos son normalmente unidas entre sí, dando un sistema en forma de conjunto (Chavez y Vazzoler, 1984).

6.2.2 Fisiología Buddintong y Diamond, (1987) analizan las hipótesis acerca de la función de los ciegos pilóricos.

  1. Digestión enzimática El reducido espacio luminal hace que solo entren partículas de alimento fragmentado y solubilizado. La composición del contenido cecal, sugiere que incluye secreciones de páncreas e hígado. Las células del epitelio de absorción poseen en la membrana borde de cepillo enzimas disacaridasas como: maltasa, sucrasa y trehalasa y dipeptidasas ligadas a esta, determinando una capacidad de hidrólisis cecal (Buddington y Diamond, 1987).

    En cachama blanca el incremento de la superficie de la mucosa por la presencia de pliegues, el hallazgo de estructuras vacuoliformes en los enterocitos y de estructuras de tipo vascular linfático sugieren una función de absorción (Eslava, comunicación personal).

    En Rockfish definitivamente se demuestra que los ciegos pilóricos son un órgano de absorción, ya que se logró aislar la membrana borde de cepillo y se consiguió hacer caracterizaciones cinéticas con este tejido (Ahearn, et al, 1992). (Figuras 12 y 13)

    La absorción de prolina y glucosa (por mg o cm2 ) de ciegos e intestino proximal se cosntató en cuatro especies (trucha arco iris, bacalao, lubina bocagrande, lubina rayada). La excepción se observó en la lubina bocagrande que presentó especialización en la absorción de glucosa. Así, se determina categóricamente que los ciegos sirven como una adaptación para aumentar el área de superficie efectiva del intestino proximal. Sin embargo, el porcentaje de absorción de nutrientes con relación a la totalidad de la superficie postgástrica varía ampliamente: 16 al 70% (Buddington y Diamond, 1987).

    Figura 12. Efecto de la floridzina sobre el sistema de transporte Na+-dependiente, por vesículas de membrana borde de cepillo (VMBC) del pez roca: A de intestino anterior y B ciegos pilóricos. Se corrobora a los ciegos pilóricos como órgano de absorción y se demuestra la Na+-dependencia. Tomado de Ahearn, et al, (1992).

  2. Absorción de nutrientes Los CP Histológicamente presentan estructuras de absorción de nutrientes que incrementan el área total de absorción del pez, (Halver, 1989). Semejanzas en la estructura histológica de los ciegos e intestino adyacente de seis especies (trucha arco iris, Oncorhynchus mykiss; lubina rayada, Morone saxatilis; esturión blanco, Acipenser transmontanus; lubina marina, Centropristes striatus; reedfish, Polypterus senegalus; robin marino, Prionotus carolinus) citadas por Buddington y Diamond, (1987) sugieren una función de absorción de nutrientes.

    Figura 13 Efecto de inhibidores externos sobre 0.1mM de transporte de D-glucosa en VMBC de pez roca. Las barras representan la cantidad de substrato transportado en presencia del inhibidor respectivo. En intestino el 100% de transporte (control) equivale a 225 pm/mg prot/10seg. En ciegos el 100% de transporte equivale a 275 pm/mg prot/10seg. Los inhibidores 9 y 10, inhiben totalmente el transporte en ambos casos. Tomado de Ahearn, et al, 1992.

  3. Función de almacenamiento Según observó (Buddington y Diamond, 1987) por medio de rayos X, el tiempo de retención del alimento en los ciegos y en el intestino es muy similar. Además las observaciones histológicas, la presencia de enzimas digestivas y el pequeño volumen de los ciegos, debilitan la posibilidad que este órgano cumpla con una función de almacenamiento.
  4. Función de fermentación El hecho que el alimento permanezca por corto tiempo dentro de los ciegos también contradice la hipótesis de una función fermentativa. Los ciegos carecen de una población bacteriana residente o simbiótica, es decir, que su población varía paralela al alimento y agua consumidos (Buddington y Diamond, 1987).

6.3 INTESTINO ANTERIOR

Algunos autores definen únicamente dos regiones intestinales en peces teleósteos; una región anterior y una región posterior (medio y posterior) (Halver, 1989), las cuales pueden delimitarse con cierta facilidad, aunque en especies agástricas es difícil delimitar estas regiones. No se aplica la segmentación tradicional de mamíferos de tres sub-regiones del intestino delgado y dos del intestino grueso (Smith, 1989).

6.3.1 Anatomía e histología El intestino anterior se inicia inmediatamente después del píloro en las especies con estómago y está estrechamente relacionado con los ciegos pilóricos en las especies que lo poseen. La demarcación posterior es variable. El bagre de canal (Ictalurus punctatus) presenta válvula ileocecal y además un incremento en el grosor de la pared del intestino posterior haciendo muy fácil su delimitación. En términos generales la característica histológica detectable para diferenciar al menos la región media de la región anterior (en especies en las que se definen tres regiones) es el cambio de epitelio de revestimiento de un tipo celular columnar secretorio/absortivo a otro de tipo escamoso con alto contenido de células productoras de moco (Smith, 1989). En la cachama blanca es difícil establecer la transición entre intestino medio (IM) y posterior (IP); el IM tiende a poseer un menor calibre que el posterior y a ser poco distensible por su contenido; después de aumentar su calibre, la última porción del intestino tiende a disminuir nuevamente antes de desembocar en el ano. La pared intestinal es delgada y produce pliegues en la mucosa interna, sobre todo en la porción proximal. Histológicamente se pueden establecer diferencias en cuanto a la presencia de pliegues en el IM, que se hacen cada vez menos frecuentes y de menor tamaño hasta casi desaparecer en el IP (Eslava, comunicación personal).

La mucosa intestinal de los teleósteos no se encuentra tan desarrollada como la de los mamíferos, con relación a la presencia de estructuras glandulares y de los agregados linfoideos y vasos sanguíneos de la lámina propia. El intestino tiene distintas células epiteliales, de absorción y secretorias. Este epitelio tiene hondos pliegues. Los pliegues tienden a desaparecer cuando el intestino se atrofia por cualquier motivo. Cada pliegue posee una lámina propia bien desarrollada en la que sobresalen vasos de tipo linfático (quilíferos) y una fina red capilar sub-epitelial. Aunque aparentemente son similares a las macrovellosidades propias de los mamíferos, guardan diferencias morfológicas (Caceci, 1984). Sin embargo, sí se han detectado las microvellosidades (borde de cepillo) típicas de las células de absorción, en todas las especies de peces estudiadas (Halver, 1989).

El epitelio está constituido por células columnares (cilíndricas), los enterocitos con microvellosidades en su ápice, cumplen funciones de absorción y digestión. Asociadas a las células absortivas se encuentran células caliciformes productoras de moco. Otro tipo de células presentes en el epitelio son las células enteroendocrinas. Los enterocitos de la primera porción del intestino sirven para la absorción de lípidos y aminoácidos, mientras que los de la región posterior conservan la habilidad de absorber macromoléculas de proteína desde el estado larval de los peces (Nose, 1989). La división entre el intestino medio y el posterior esta determinado por el cambio súbito de células columnares de secreción y epitelio de absorción, a células caliciformes que secretan principalmente mucus. (Eslava, comunicación personal).

El goldfish es un pez agástrico que en cambio de estómago posee un bulbo intestinal con el mismo tipo de células del intestino: enterocitos de absorción y células caliciformes. Los pliegues tienen un patron zigzagueante en el bulbo intestinal paralelos al eje longitudinal; estos pliegues son más pronunciados que en el intestino. En el intestino en cambio predomina la orientación trasversal de los pliegues con relación a este mismo eje (Caceci, 1984).

6.3.2 Fisiología La absorción intestinal consiste en el movimiento de iones y moléculas orgánicas del lumen intestinal a través de la pared hasta el torrente sanguíneo o los conductos linfáticos. Este proceso puede ser dividido en tres etapas (Jerzy y George, 1968):

  • Transporte desde el intestino al interior de las células epiteliales.
  • Metabolización de los nutrientes dentro de la célula.
  • Paso de estos nutrientes metabolizados al torrente sanguíneo o conductos linfáticos.

6.3.3 Permeabilidad La velocidad a la cual los substratos permeabilizan la membrana epitelial del intestino depende del tamaño y la liposolubilidad de las moléculas. A un menor tamaño y a una mayor liposolubilidad, difunden más rápido. La estructura (figura 14) y composición de la membrana en cuanto a su relación de ácidos grasos insaturados:saturados y contenido de colesterol, nos indican el porqué del fenómeno descrito anteriormente (Sernka y Jacobson, 1982).

Las membranas biológicas contienen un núcleo hidrocarbonado no polar y una bicapa fosfolipídica que la hace impermeable a la mayoría de moléculas polares, impidiendo así, que los metabolitos internos de la célula que en su mayoría están en forma ionizada se difundan al medio exterior (Lenhinger, 1987).

La membrana del epitelio intestinal consta entonces, de dos capas externas expuestas al líquido intersticial o intracelular, además de porinas, no liposolubles que forman conductos (conductos acuosos). Estas proteínas comunican el líquido intersticial con el intracelular y por los cuales pueden permeabilizar moléculas pequeñas no liposolubles por difusión libre. El lumen de un conducto, es asequible desde ambos lados de la membrana simultáneamente (Charlotte, 1991). Por lo tanto, la mayoría de los compuestos hidrosolubles son capaces de permeabilizar esta membrana. Una molécula no liposoluble de un tamaño menor que el de dichos conductos pasa sin dificultad al espacio intracelular (Sernka y Jacobson, 1982).

Figura 14. Estructura de la membrana celular resaltando las porinas, proteínas periféricas, el colesterol y la bicapa de lípidos exponiendo su fracción hidrofílica hacia el exterior. Tomado de Diccionario de Terminología médica (1999).

La bicapa lipídica adyacente, localizada en medio de dos capas externas de proteína, constituida por fosfolípidos es de carácter liposoluble. De tal manera que un substrato para lograr atravesar toda la membrana desde su parte exterior a su interior debe ser liposoluble (Sernka y Jacobson, 1982).

Una bicapa artificial pura compuesta únicamente de fosfolípidos y hecha con fines experimentales es permeable al agua, a moléculas pequeñas hidrofóbicas (CO2, N2, O2) y a moléculas pequeñas polares sin carga (urea, etanol). Es impermeable a iones (K+, Mg++, Ca++, Cl-, HCO3-, HPO4 -2), a moléculas polares cargadas (aminoácidos, ATP4-, glucosa 6-fosfato2-) y a moléculas polares grandes sin carga (glucosa) (Darnell, et al, 1988).

6.4 INTESTINO POSTERIOR

Aunque este trabajo, no contempla el intestino posterior, aquí se hace una breve reseña.

En el intestino posterior se van disminuyendo gradualmente las funciones de digestión y absorción como demostró Buddington y Diamond, (1987) en cuatro especies distintas en el transporte de Pro y Glucosa y van aumentando las de producción de mucus (cuadro 4). Los pliegues disminuyen drásticamente, la capa de células epiteliales se dispone como un epitelio pseudoestratificado en el que sobresale gran número de células caliciformes. La lámina propia de esta región está ricamente vascularizada especialmente por vénulas. La capa de músculo liso es muy delgada en esta región (Eslava, comunicación personal).

La característica más resaltante es la presencia de vacuolas apicales en el citoplasma de los enterocitos que se presume sirven para la absorción de proteínas intactas (Caceci, 1984). 

Cuadro 4. Transporte de prolina y glucosa

7. PARTICULARIDADES DE LA ABSORCION EN EL TGI DE PECES

7.1 PROCESOS DE TRANSPORTE DE NUTRIENTES TRANSPORTE DE PEPTIDOS Y AMINOACIDOS

Los peces carnívoros presentan una mayor capacidad para el transporte de los compuestos nitrogenados sobre los azúcares, independiente de los niveles dietarios de nutrientes y además, lo hacen de una manera más eficiente que los peces omnívoros y herbívoros.

Las proteínas las pueden absorber como proteínas enteras (Nose, 1989) (ver más adelante), péptidos o aminoácidos libres. La trucha posee células granulares justo bajo la mucosa que parece, pueden absorber proteínas por pinocitosis (Halver, 1989). Algunos aminoácidos son absorbidos por la pared del estomago, los restantes se absorben en el intestino (Dobrowski y Dobrowska, 1981) (Cuadro 5). 

Cuadro 5. Digestibilidad verdadera en subsecuentes partes del tracto digestivo de trucha

AMINOACIDO

EST

CP

IM

Ip(a)

Ip(b)

HECES

FENILALANINA

37,94

76,73

82,14

85,09

TIROSINA

13,19

43,92

78,69

79,96

87,64

LEUCINA

27,24

75,07

86,8

82,38

ISOLEUCINA

35,54

75,23

84,7

84,78

METIONINA

69

5450

88,25

VALINA

15,59

72,27

87,46

81,08

CISTINA

53,16

18,77

60,59

90,33

82,23

76,39

ALANINA

3,82

33,92

77,97

85,03

90,8

GLICINA

27,74

79,08

85,21

89,7

PROLINA

3,4

77,36

90,15

88,5

GLUTAMATO

3,59

54,65

76,69

87,29

91,65

SERINA

4,81

73,97

87,14

87,45

TREONINA

30,13

73,16

85,08

78,16

ASPARTATO

35,65

72,15

80,45

87,03

ARGININA

2,15

35,55

77,76

84,33

85,45

HISTIDINA

58,46

53,57

56,52

82,92

81,83

90,06

LISINA

55,39

58,42

70,28

84,97

88,36

89,67

TRIPTOFANO

40,72

38,98

54,94

59,5

60,04

64,92

Tomado de Dobrowski y Dobrowska, (1981).

EST estómago. CP ciegos pilóricos. IM intestino medio. IP(a) IP (b) intestino posterior dividido en dos partes.

  La absorción de aminoácidos ocurre al nivel de la membrana en cepillo de los enterocitos por procesos pasivos y algunos por medio de un proceso activo, como lo demuestran varios trabajos que miden el flujo neto en contra de un gradiente de concentración, junto con la utilización de inhibidores metabólicos y diferentes concentraciones de Na+.

La absorción también va acompañada de un cambio en el potencial transmural, como resultado del emparejamiento electrogénico con el Na+. Esto mismo sucede en mamíferos. La absorción por procesos Na+-independientes (Cuadro 6) se da por el mecanismo de difusión facilitada e incluso difusión simple, como se verá más adelante.

Cuadro 6. Sistemas de transporte para aminoácidos en peces

Hasta el momento no se ha visto ningún caso en que en el epitelio gastrointestinal de peces, el gradiente de un ion distinto al Na+ conduzca a una acumulación de un aminoácido en contra de su gradiente de concentración. Sin embargo, se ha visto una sensibilidad a aniones externos tales como el Cl-, quien mejoraría la accesibilidad del Na+, por su sitio activo en la permeasa cumpliendo una función coadyuvante.

Ciertos aminoácidos requieren de otros iones además del Na+. Tanto en el herbívoro Boops salpa como en el carnívoro Dicentrarchus labrax, el transporte de glicina y de ácido alfa-aminoisobutírico requiere de la presencia de un cloruro externo en el medio de incubación para ser estimulado por un gradiente de Na+ a través de la membrana. El papel de este anion, parece ser de activador antes que energizador, ya que al trabajar solamente con un gradiente de cloruro, no se logra ningún fenómeno de acumulación con estos substratos (Boge et al, 1985).

En anguila (Anguilla anguilla) el cloruro también actúa como un activador del cotransporte de Na+/L-glutamato al incrementar la tasa máxima de transporte del aminoácido. El K+ intravesicular también actúa como un activador del cotransporte de Na+/L-glutamato en anguila, este catión incrementa el valor de afinidad de enlace aparente Kapp del transportador por el substrato. En este sistema de cotransporte Na+/L-glutamato ni el K+ ni el Cl-, son cotransportados, a pesar que contribuyen con el proceso, cumpliendo con un papel más de activación. Aunque esta dependencia varía en intensidad en diferentes especies de peces y para diferentes aminoácidos, parece ser una característica mas bien común para todos (Romano, et al, 1989).

El efecto del Cl- solo concierne al transporte de aminoácidos y no al de azúcares. Requiere la presencia de Na+ al exterior de la vesícula. Depende del pH del medio de incubación y es ligeramente acentuado por la presencia de un gradiente de concentración. En lubina (Dicentrarchus labrax) el Cl-, ocasiona un alza en el valor Jmax y una baja en el Kt. El pH óptimo para la acción del Cl- es 5.5 (Boge, 1985).

La absorción de aminoácidos en peces marinos ha reportado un sistema de transporte de aminoácidos Na+-dependiente para ácido -amino isobutírico, en donde la absorción del substrato se debe al gradiente de Na+ generado por la Na+K+-ATPasa, que resulta ser el mismo mecanismo básico de transporte acoplado de un ion y un soluto orgánico como se describió anteriormente para animales vertebrados (Boge, et al, 1982).

La O. mossambicus exhibió fuerte dependencia por el Na+ (no tanto por el K+) en el transporte de la membrana apical de L-fenilalanina en la región anterior intestinal, sugiriendo que el mismo mecanismo de transporte acoplado de aminoácidos que opera en el intestino de mamíferos, se da en teleósteos en una gran variedad de ambientes (Schultz, 1977, Reshkin y Ahearn, 1991). Solamente el Na+, presentó un fenómeno de acumulación transitoria. Por otro lado, el transporte del dipéptido glicyl-L-fenilalanina se hace como tal, sin hidrolización previa y es independiente del gradiente de algún ion (H+, Na+ o K+), sugiriendo un mecanismo de difusión facilitada. Esto es corroborado por la inmediata hidrolización del dipéptido en sus respectivos aminoácidos al interior de la célula, para mantener a favor el gradiente de concentración del dipéptido hacia el interior, Similar a la traslocación de grupo que sucede en muchos sistemas de transporte bacterianos.

Este sistema se opone al mecanismo de transporte Pept1 para oligopéptidos en el intestino de mamíferos citado anteriormente (Hediger, 1994). Sin embargo, es similar a otro mecanismo de transporte Glicil-L-Prolina en ratón, conejo e intestino humano (Rajendran, et al, 1987). El mecanismo de mediación para el transporte del dipéptido es totalmente independiente del mecanismo de transporte para alguno de sus aminoácidos constituyentes (Reshkin y Ahearn, 1991).

En cuanto a las características cinéticas tanto del aminoácido constituyente L-fenilalanina como del dipéptido, los resultados muestran que el proceso de absorción es el resultado de la suma de un sistema de mediación tipo Michaelis-Menten (Ver nota de la Figura 5) más difusión simple aparente. La influencia de la difusión en la absorción se hizo evidente al ver como la permeabilidad del aminoácido fue mayor que la del dipéptido, como se esperaba por el mayor tamaño y complejidad de este último. La absorción de dipéptidos es evidente y cuantitativamente importante en el TGI de mossámbica (Reshkin y Ahearn, 1991).

Silk et al, (1976) citado por Reshkin y Ahearn, (1991) postulan que el transporte de un péptido se puede llevar a cabo de dos maneras: los aminoácidos constituyentes acoplados a un catión, en contra de su gradiente de concentración; o el péptido intacto por difusión facilitada a favor de un gradiente de concentración; todo dependiente de la actividad de la peptidasa. Mecanismo facultativo que con este trabajo aún no se puede afirmar con seguridad, que opera para teleósteos.

La similitud en las constantes cinéticas de mamíferos y teleósteos no solo en el aminoácido sino que también en el dipéptido; la similitud también en la inhibición de absorción ocasionada por diferentes aminoácidos y péptidos competidores e incluso en la variedad de mecanismos de transporte para la absorción de N dietario, fortalece la supuesta analogía en los sistemas de transporte de aminoácidos entre diferentes grupos de vertebrados (Reshkin y Ahearn, 1991).

Boge et al, et al, (1982) compararon el transporte de glucosa y el ácido 2-amino isobutírico en peces que difieren tanto en la morfología de su TGI como en la naturaleza de su dieta. El Dicentrarchus labrax posee un TGI plegado sobre sí mismo varias veces, con pared delgada, presenta ciegos pilóricos y con hábitos carnívoros. La Anguilla anguilla también carnívora, tiene el TGI rectilíneo y muscular. Boops salpa, herbívoro y el Mugil cephalus, omnívoro poseen el TGI excepcionalmente largo con algunos apéndices pilóricos. Encontraron diferencias cuantitativas, mas no cualitativas en los sistemas de transporte; es decir, reportan "oversoot" en las vesículas como prueba de transporte activo y fuerte dependencia electrogénica con el Na+. Adicionalmente, los trabajos reportados por Storelli, et al, (1989) proveen bastante información de la similitud de la organización molecular de la absorción intestinal de aminoácidos en peces con la de mamíferos.

En una comparación con Anguilla anguilla, se encontró Na+/dependencia para los aminoácidos analizados: ácido -amino isobutírico (AIB), ácido -(metilamino) isobutírico (MeAIB), Phe, Pro, N-metil glicina, Glu, gly, ala, lys, además los aminoácidos gly, ala y lyis, pueden ser transportados por un mediador Na+ independiente, en adición a su respectivo proceso Na+/dependiente . El transporte Na+/dependiente en todos los casos fue afectado por la diferencia de potencial transmembranario, sugiriendo una importante influencia del potencial de membrana en el transporte de aminoácidos (Storelli, et al, 1989).

Los altos valores presentados de Jmax, para glicina y prolina, pueden reflejar altas concentraciones luminales de estos aminoácidos en la dieta de este animal y/o un gran requerimiento cuantitativo en el metabolismo de la anguila. Los valores de constante de saturación media Kt en peces, son mucho más bajos que en animales mamíferos, sugiriendo que para saturar el sistema de transporte son requeridos más bajos niveles de substrato en el intestino de peces, tal vez parcialmente debido diferencias en la tasa metabólica en los peces (Storelli, et al, 1989).

Se confirmó la existencia de Na+/independencia y Na+/dependencia para el transporte de lisina como se menciona anteriormente en anguila, que junto con la difusión simple contribuyen a la absorción en intestino de este aminoácido. Aunque posee similares valores de Kt y Jmax, para estos sistemas de transporte, que podrían sugerir que es una misma entidad proteica, la que actúa adaptándose al medio luminal, la respuesta a la inhibición de absorción por diferentes aminoácidos exógenos en NaCl y cloruro de colina, se muestran significativamente diferentes, sugiriendo mas bien, que son permeasas distintas las que actúan cada una en su respectivo sistema de transporte.

El sistema Na+/independiente para L-lisina es sensible a un potencial de membrana. Competitivamente inhibido por L-alanina y significativamente inhibida su absorción por tres grupos diferentes de aminoácidos exógenos que se especifican a continuación:

  1. Aminoácidos básicos L-lisina y L-arginina.
  2. Aminoácidos neutros de cadena larga o aromáticos leucina, metionina y fenilalanina.
  3. Aminoácidos neutros de cadena corta L-alanina, L-serina, L-cisteina y glicina.

No tuvieron efecto sobre la absorción Na+-independiente de lisina los siguientes cuatro aminoácidos: L-prolina, MeAIB, BCH y alanina. Este comportamiento tiende a sugerir que la absorción de L-lisina se hace por el clásico "sistema L", el cual acepta aminoácidos no polares y virtualmente todos los aminoácidos naturales, incluyendo glicina y L-alanina (Vilella, et al, 1990).

En cuanto al sistema Na+-dependiente para lisina, parece pertenecer a una permeasa que acepta un amplio rango de aminoácidos catiónicos y actúa con múltiples iones Na+. Un resultado bastante contradictorio con los sistemas de transporte reportados para animales superiores, es que se encontró inhibición competitiva con Pro (Vilella et al. 1990). Este sistema de transporte en anguilas, actúa cuando las concentraciones luminales de este aminoácido son bajas y cuando el flujo al interior celular es muy alto; en ratas este sistema de transporte, solo se activó cuando fueron alimentadas con alto nivel de proteína dietaria (Storelli, et al, 1989).

Para el intestino de anguila se han detectado por lo menos cuatro sistemas de mediación Na+-dependiente: a) un sistema de transporte exclusivo para los aminoácidos catiónicos lisina y arginina. b) otro sistema para los aminoácidos aniónicos ácido aspártico y ácido glutámico. c) un tercer sistema para prolina y aminoácidos N-metilados totalmente inhibido por alanina y parcialmente por fenilalanina. d) otro sistema que acepta un amplio rango de aminoácidos neutros como, alanina, cisteína, glicina y serina (Storelli, et al, 1989).

Los valores de Kt obtenidos en varias especies de animales mantienen similitud, sugiriendo que el sitio de enlace del mediador a la lisina permanece inmodificable, incluso entre especies (Vilella, et al. 1990).

El transporte Na+-dependiente de Gly en anguila mostró ser fuertemente inhibida por ala, cys, ser, phe. Medianamente inhibido por lis, MeAIB y Pro. El transporte Na+-dependiente de Prolina, mostró ser fuertemente inhibida por ala y MeAIB y medianamente por Phe (Storelli, et al, 1989).

El sistema de transporte para aminoácidos ácidos es similar al XAG reportado para mamíferos. En cuanto a el sistema Na+-dependiente y Na+-independiente de lys y arg, son similares al (Y+) y (y+), respectivamente. El sistema Na+-dependiente para aminoácidos neutros no concuerda del todo con los sistemas A y ASC, ya que por ejemplo el sistema ASC excluye glicina y fenilalanina (Storelli et al, 1989).

7.2 TRANSPORTE DE PROTEINAS INTACTAS

En regiones particulares del TGI de muchos peces y posiblemente de todos, inclusive formas larvales, existen células epiteliales absortivas que poseen la capacidad de absorber proteínas intactas no hidrolizadas y biológicamente activas. Estos sitios están localizados en una posición distal a los sitios conocidos de mayor actividad proteolítica intraluminal y tienen una morfología similar a la mostrada por enterocitos de roedores lactantes neonatos, en donde se cumplen funciones de absorción de inmunoglobulinas. Estas células poseen invaginaciones de la membrana de la superficie luminal (invaginaciones intermicrovellosas) y una acumulación masiva de vesículas y vacuolas en el citoplasma apical (Nose, 1989).

La proteína ingresa al citoplasma por endocitosis mediada por receptor o por pinocitosis, en forma de vesícula. Una vez adentro, esta vesícula se une a una vacuola (lisosoma), para luego iniciar su degradación en un lisosoma secundario. Posteriormente esas vacuolas liberan su contenido en una gran vacuola supranuclear, en donde la digestión proteolítica es continuada. Se han reportado existencias de túbulos citoplasmáticos que intervienen en el tráfico de las vesículas y de material de reciclaje (Nose, 1989).

Aunque la mayoría de proteínas absorbidas son destinadas a digestión intracelular, una proporción de ellas logra escapar a esta degradación y alcanzar el espacio intracelular entre los enterocitos hasta el espacio intersticial y las inclusiones celulares de la lámina propia.

(Nose, 1989) usando peroxidasa de rábano (HRP) y ferritina, comprobaron que las proteínas pueden ser absorbidas y usar rutas diferentes dentro de los enterocitos del segundo segmento del intestino de Carpa (Cyprinus carpio). La absorción de HRP exhibe todas las características de la endocitosis mediada por receptor, incluyendo la formación de cavidades revestidas, denominadas así, porque se encuentran recubiertas por una proteína denominada clatrina que en la base del microvello forman posteriormente una vesícula revestida. Luego la HRP fue transportada a través de un sistema de pliegues lamelares hasta el espacio intercelular (transcitosis). En contraste, la absorción de ferritina parece ser transportada por un mecanismo de pinocitosis, llevando a la acumulación de las moléculas dentro de pequeñas vesículas o vacuolas, las cuales posteriormente se fusionan con lisosomas; para por último, la ferritina ser liberada a una gran vacuola supranuclear en donde se estima que ocurre una digestión de tipo ácido. (Nose, 1989) además observaron que en carpa, la ruta más común de las proteínas dentro del enterocitos es la tomada por la ferritina, por sobre la ruta de la HRP.

También se encontró, en carpas en sus primeros estadíos de desarrollo ausencia de receptores para HRP, por lo que el mecanismo de absorción en este caso fue pinocitosis. Lo más interesante de esto fue el hallazgo que el destino de esta glicoproteína no fue la transcitosis como en adultos, sino que tomó el mismo camino de la ferritina en adultos (digestión intracelular). Así, la presencia o ausencia de receptores y/o su afinidad por el ligando puede ser crítica, como sucede en animales superiores, para el destino final de las proteínas internizadas (Abrahamson y Rodewal, 1981, citados por Nose, 1989).

(Nose, 1989) observó que cuando las células absortivas del intestino posterior del Goldfish (Carassius auratus) fueron expuestas in vitro a HRP, la vesícula intacta fue segregada dentro de regiones revestidas de las invaginaciones intermicrovellosas; luego se conforma la vesícula revestida de la cual, la proteína se libera casi inmediatamente. Esto concuerda con el mecanismo de endocitosis mediada por receptor y con los resultados obtenidos por (Nose 1989).

La diferencia encontrada entre estos dos grupos de autores para la carpa y el goldfish se encuentra en el destino final de la HRP, en donde en carpa adulta atraviesa intacta la membrana y en goldfish sufre digestión intracelular, a pesar que las dos especies realizan un proceso de absorción inicial selectivo, como se ha dicho anteriormente.

El objetivo inmunológico de la absorción de proteínas intactas en los enterocitos de la región distal del intestino de los peces es claramente establecido. Mientras que el mismo fenómeno como estrategia nutricional ventajosa presenta ciertas dudas (Nose, 1989).

7.3 TRANSPORTE DE AZUCARES

En términos generales, la absorción intestinal de azúcares en peces herbívoros y omnívoros es mucho más alta que en carnívoros. Además omnívoros y herbívoros tienen la capacidad de regular la actividad del transporte intestinal de azúcar con relación al nivel de carbohidratos dietarios, mientras los carnívoros aparentemente carecen de esta capacidad (Karasov y Diamond, 1983).

La absorción de D-glucosa por el TGI de peces teleósteos posee características similares a la absorción de aminoácidos. Sucede al nivel de la membrana en cepillo del epitelio intestinal y principalmente utiliza el transporte activo para atravesar la membrana y corresponde al sistema de cotransporte paralelo (symport) descrito para mamíferos (Boge, 1982).

En los trabajos experimentales con vesículas de la membrana borde de cepillo de teleósteos, al igual que en animales superiores, se ha observado un fenómeno transitorio de acumulación "overshoot", durante la etapa inicial de absorción al igual que sucede en mamíferos; asociada con un mecanismo de transporte activo. Además, un potencial de membrana interior negativo, coadyuva el "overshoot" del substrato dentro de la vesícula (Boge, 1982).

La tilapia mossámbica (Oreochromis mossambicus) posee un intestino bastante largo aunque sin ciegos pilóricos. Es un pez que tolera fluctuaciones dramáticas en el contenido de sal, desde aguas dulces hasta hipersalinas; exhibe fuerte dependencia al Na+ para el transporte de glucosa tanto en intestino medio como el intestino posterior. Los experimentos realizados, variando el anion dentro del medio de incubación (NaSCN, NaCl, NaGlu, NaSO4) originan distintos valores de potencial eléctrico transapical debido a sus diferencias de permeabilidad a través de la membrana, la cual sugiere la existencia de una influencia electrogénica en la fuerza de conducción del substrato, además del gradiente de Na+ que también influye en el transporte. Se logró cuantificar la influencia del gradiente químico y el gradiente eléctrico en la acumulación de glucosa, determinando que quien más influye es el gradiente eléctrico con un 60%. La absorción de glucosa dependiente de la concentración de Na+ en el medio externo, representada en una gráfica, despliega una relación hiperbólica, sugiriendo una relación estequiométrica, 1Na:1D-glucosa a lo largo de todo el intestino (Reshkin y Ahearn, 1987b).

Tilapias viviendo en agua dulce y siendo posteriormente adaptadas a agua salina mostraron aumento en el grosor de la membrana intestinal borde de cepillo que se relaciona con alteraciones en la composición de lípidos de la membrana y cambio en su fluidez; estas variaciones parecen suceder a lo largo de todo el intestino. La relación estequiométrica no se vio afectada bajo estas condiciones experimentales (Reshkin y Ahearn, 1987b). En un pez carnívoro como lo es la trucha se detectó un aumento en la relación de ácidos grasos insáturados:saturados que incrementan la fluidez de la membrana en condiciones experimentales similares a las aquí descritas (Leray citado por Reshkin y Ahearn, 1987b). En el goldfish sucede exactamente los mismo favoreciendo el transporte de substratos hidrofílicos.

Además, las constantes cinéticas para la absorción de glucosa se alteraron. La adaptación a ambientes marinos incrementa la afinidad aparente del sistema de transporte al Na+ (KNa), mientras que eleva la velocidad de flujo interno máximo (Jmax). Los animales en ambiente de agua dulce compensan esa menor afinidad de enlace del Na+ por un incremento en la afinidad de la proteína transportadora por el substrato. El transporte se incrementó hasta seis veces en animales adaptados a ambientes salinos comparados con los adaptados a agua dulce, manteniendo esta tendencia a todo lo largo del intestino, consistente con el hallazgo de Canagaratnam citado por Reshkin y Ahearn (1987b) en el que se determinó que la tilapia crece más rápido en ambientes salinos y salobres que en agua dulce.

Los cuadros 7, 8 y 9, muestran un resumen de las constantes cinéticas en la membrana borde de cepillo. Valora el transporte de distintos solutos en ciegos e intestino dentro de ambientes marinos y de agua dulce. Incluye transporte de D-glucosa para un pez herbívoro y dos especies carnívoras.

Cuadro 7. Sistemas de transporte y parámetros cinéticos de algunos aminoácidos en intestino anterior de anguila.

 Los valores son medias, +- desviación estandart. Acido -amino isobutírico (AIB). Acido -(metilamino) isobutírico (MeAIB). N-metil glicina (N-m gli).

Kaap o valor Kt en mM. Jmax, en nmol/mg proteína/minuto.

Tomado de Storelli, et al, (1989).

 En el intestino anterior de Tilapia mosámbica (Oreochromis mossambicus) adaptada a agua marina exhibió un valor de afinidad aparente para D-glucosa más bajo (0.67+-0.15 mM) que el intestino posterior (0.39+-0.05 mM). Esta heterogeneidad a lo largo del TGI de peces para el transporte de D-glucosa ha mostrado la misma tendencia tanto en ambientes de aguas dulces como en salinas (Renskin y Ahearn, 1987).

Como se puede observar, el TGI de peces despliega un grado de heterogeneidad funcional con respecto al transporte de D-glucosa Na+-dependiente como sucede en el intestino y el riñón de mamíferos, aunque las diferencias entre los transportadores de alta y baja afinidad para D-glucosa no son tan pronunciadas como en vertebrados superiores.

En general, en teleósteos se considera que en la región proximal se presenta un sistema de transporte adaptado a alta concentración de substrato (baja afinidad aparente del substrato y un coeficiente de acoplamiento igual a uno y la región distal adaptada a bajas concentraciones de substrato (alta afinidad aparente y un coeficiente de acoplamiento mayor que uno) (Ahearn, et al, 1992).

El empleo de esta relación estequiométrica por las células epiteliales del intestino tiene ventajas termodinámicas en la fuerza de conducción para la acumulación de D-glucosa cuando existen ambientes de bajo substrato. Cuando el substrato abunda, una relación de 1 Na+/1 D-glucosa es suficiente para llevar a cabo la absorción. En el intestino de la tilapia la relación también parece ser 1 Na+/1 D-glucosa, tal vez por sus hábitos en donde su dieta es rica en carbohidratos. Por lo tanto, la estequiometría gastrointestinal del cotransporte de D-glucosa Na+ dependiente en peces, parece estar dada en función de la naturaleza de la dieta de cada especie.

En ausencia de un sitio de transporte de azúcares proximal con baja afinidad aparente de substrato, entonces la totalidad del intestino presenta adaptación a bajas concentraciones de azúcar (Ahearn, et al, 1992).

Los resultados cinéticos también sugieren que tiene una mayor importancia en la absorción de glucosa la parte anterior del intestino que la posterior (Reshkin y Ahearn, 1987b).

La absorción de glucosa es el resultado de la suma de un sistema de transporte por mediación Na-dependiente que responde a la cinética Michalelis-Menten y difusión simple. La difusión simple es mayor en animales adaptados a ambientes salinos que dulces. (Ahearn et al, 1992).

7.3.1 Celula-torrente sanguíneo La membrana basolateral del epitelio intestinal del pez eurialino tilapia mossámbica (Oreochromis mossambicus), posee un sistema de difusión facilitada para el transporte de glucosa. Este sistema es independiente de cualquier gradiente de un ion acoplado y específico para monosacáridos como la glucosa. Puede ser inhibido por citocalacina B, floretín y N-etilmalemida, pero no por floridzina. Tiene un Kt significativamente más alto que el encontrado en la membrana borde de cepillo.

Las propiedades identificadas para el transporte de glucosa en la membrana basolateral de tilapia son cualitativamente similares al transporte de glucosa exhibido por hepatocitos, eritrocitos y la membrana basolateral intestinal de mamíferos.

Este mecanismo es cualitativamente similar al descrito para diferentes vertebrados observando la misma sensibilidad a inhibidores de transporte para esta membrana como es el caso de la floretina. Cuantitativamente presenta menores tasas de absorción de substrato y constantes cinéticas que pueden deberse a las bajas tasas metabólicas mostradas por vertebrados poikilotermos. Presenta también valores de constante de inhibición aparente Kt similares a los encontrados en mamíferos y aves (Reshkin y Ahearn, 1987a).

7.4 TRANSPORTE DE LIPIDOS

Los lípidos son emulsificados por la bilis. La hidrólisis de los triglicéridos (TG) se puede llevar a cabo en el estómago, ciegos pilóricos, intestino anterior y hepatopancreas. Además, en varias especies de peces se ha detectado hidrólisis de ésteres de cera. En varias especies se observó hidrólisis de 2-monoacilgliceroles y subsecuente hidrólisis de algunos monoglicéridos a glicerol y ácidos grasos libres (AGL). Los ésteres de cera son hidrolizados y absorbidos como alcohol y AGL. Los ésteres de esterol son hidrolizados a esteroles y AGL. En cuanto a los fosfolípidos, se presume que como en mamíferos se hidrolizan a lisofosfolípidos y AGL (Halver, 1989).

La absorción de grasas principalmente ocurre en el intestino anterior, incluyendo los ciegos. Los productos de la digestión de lípidos y las sales biliares asociadas son absorbidas por difusión al interior del epitelio intestinal. Un conjunto de 2-monoacilgliceroles, sales biliares, glicerol, lisofosfolípídos, alcoholes grasos, esteroles y AGL son absorbidos. Algunos alcoholes grasos pueden ser reesterificados dentro de las células del epitelio con AGL para formar ésteres de cera, pero la vasta mayoría son oxidados a AG dentro de la célula epitelial. Los AGL son reesterificados con glicerol y los monoacilgliceroles con lisofosfolípídos para formar TG y fosfolípidos respectivamente. Los esteroles también son parcialmente reesterificados con AGL para formar ésteres de esterol (Halver, 1989).

Para el transporte de lípidos, existe una teoría postulada por Vernier y Sire (1983) y por otro lado, Sheridan et al, (1985) (Figura 15), que sugieren la existencia de un sistema de transporte con dos componentes: un componente rápido mediante el cual los AGL atraviesan la membrana basolateral por difusión. Los AGL con más de 10 carbonos en su estructura, una vez han difundido la membrana basolateral, se ligan en el plasma sanguíneo a una proteína mediadora y los AGL con menos de 10 carbonos no utilizan mediador gracias a su solubilidad en dicho plasma; y un componente lento, que se activa subsiguiente al anterior dentro de la célula. Este último componente representa un sistema de transporte que consiste en la agregación expulsión fuera de la célula y transporte de partículas ricas en TG. Un mecanismo de quilomicrón similar al exhibido por mamíferos (Sheridan, 1988) y en donde una vez conformado este en el citoplasma, la vacuola se fusiona con la membrana celular para dejarlo en libertad por un mecanismo de pinocitosis externa o exocitosis (Murray, 1988).

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Figura 15. Modelo de transporte de lípidos en dos rutas. El componente rápido es un sistema de liberación de ácidos grasos. El componente lento representa un sistema de liberación donde los triglicéridos (TG) están agregados al quilomicrón. AGNE, ácidos grasos no esterificados. Tomado de Sheridan (1988).

La reesterificación de AGL se comprobó en las células intestinales de trucha y la subsiguiente formación de un agregado de lipoproteína. El tamaño de estos quilomicrones es directamente proporcional al nivel de lípidos dietarios (Sire et al,1981 citado por Sheridan, 1988).

7.4.1 Transporte de ácidos grasos de cadena corta En teleósteos omnívoros se han encontrado importantes cantidades de ácidos grasos volátiles (acetato, propionato, butirato) al nivel del TGI, producto de fermentación microbiana, los cuales pueden ser absorbidos en el epitelio intestinal en conjunto con aminoácidos y azúcares y pueden representar una fracción del requerimiento de energía de mantenimiento del animal. En vesículas de la membrana borde de cepillo del epitelio intestinal de tilapia O. mossambicus se encontró un mecanismo de intercambio de aniones específico, el cual cataliza la entrada de acetato luminal iónico a cambio de la salida de bicarbonato citoplasmático (cotransporte antiparalelo con una relación 1:1). El Kt para este mediador del transporte de acetato es de 6.43 mM sugiriendo que siempre trabaja a velocidad máxima, ya que la concentración luminal de acetato está reportada en 15-20 mM. El Kt de acuerdo a la concentración interna de bicarbonato es de 5.89 mM, sugiriendo similitud en la afinidad de transporte de los dos sitios respectivos. Este proceso de transporte es Na+-independiente, electroneutral y únicamente comparte la ruta con ácidos grasos volátiles y bicarbonato. El mecanismo de intercambio aniónico basolateral que produce el flujo del AGV del citoplasma al plasma sanguíneo es cualitativamente el mismo; solo que el valor Kt del acetato es 11.91 que contrasta con un valor Kt de 0.41 del bicarbonato. Si consideramos un valor sérico normal de bicarbonato de 9.5 mM, se asegura una constante saturación del mediador (Titus y Ahearn, 1992) (Figura 16).

El bicarbonato utilizado por la célula para intercambio proviene por un lado del plasma sanguíneo, además del bicarbonato generado por la acción de la anhidrasa carbónica sobre el CO2 y el H2O en el interior de la célula. En esta reacción, el protón resultante sale al lumen por intercambio con Na+ luminal.

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Figura 16. Modelo de transporte transcelular de ácidos grasos de cadena corta, en este caso acetato, en epitelio intestinal de tilapia. El AG luminal atraviesa la membrana borde de cepillo en intercambio con bicarbonato intracelular. En la membrana basolateral el AG sale de la célula por la ruta del intercambiador de bicarbonato de baja afinidad alta capacidad, en donde el bicarbonato es transportado al interior de la célula, en contra de un gradiente de concentración. El flujo sangre-célula, de bicarbonato provee un substrato para el macanismo de cotransporte antiparalelo bicarbonato-AG, además de la generación intracelular de bicarbonato por la acción de la anhidrasa carbónica sobre el agua y el dióxido de carbono. El protón resultante de esta reacción entra al espacio luminal por intercambio con Na+. Modificado a partir de Titus y Ahearn (1992).

Esta es una ruta capaz de transportar aniones nutritivos por intercambio de desechos celulares con un bajo gasto de energía (Titus y Ahearn, 1992).

El otro mecanismo que opera es la difusión simple. Cuando la concentración del AGV es elevada, la difusión simple es cuantitativamente importante. A 15 mM de concentración de acetato luminal se logró determinar que el 60% se absorbe a través de la membrana borde de cepillo y el 21% a través de la membrana basolateral por difusión. Los resultados además sugieren que en la medida en que la concentración de acetato luminal disminuye, el sistema de transporte con mediador cobra importancia y la difusión simple la pierde. En cuanto a los restantes AGV se desconoce si toman esta misma ruta (Titus y Ahearn, 1992).

7.5 TRANSPORTE DE VITAMINAS Y MINERALES

7.5.1 Transporte de vitaminas A continuación se presentan solo algunas vitaminas y minerales de las cuales se han encontrado estudios.

7.5.1.1 Inositol Para el caso del inositol, la tilapia mossámbica posee en el epitelio intestinal un selectivo y eficiente sistema de transporte utilizando un mediador o permeasa Na+-dependiente. El gradiente de un catión dirigido al interior celular de colina, potasio o protones no estimulan la absorción. El gradiente de Na+, sí incrementa la absorción y además tiene una influencia electroquímica. El sistema es marcadamente sensible a la floridzina. Presenta inhibición no competitiva por la D-glucosa. Es decir que cada uno utiliza un mediador distinto para su transporte.

Exactamente los mismos fenómenos suceden en el pez carnívoro anguila, presentando variaciones desde el punto de vista cuantitativo. La constante de saturación media es diez veces mayor que en tilapia mosámbica y la velocidad de flujo al interior vesicular (Jmax) fue cuatro veces mayor en anguila que en tilapia, sugiriendo adaptaciones a la naturaleza de la dieta.

El inositol tiene una estructura similar a un carbohidrato, que parece tener una mayor tasa de absorción en peces carnívoros que en omnívoros, contrario al pensamiento, que son los peces herbívoros y omnívoros quienes son más eficientes en el transporte de este tipo de nutrientes. Al parecer y de acuerdo a esto, resulta más importante la función dietaria, que la estructura química para determinar las características de dicho transporte (Vilella, et al, 1989).

El transporte de inositol a través de la membrana basolateral se hace por difusión facilitada. Posee un sistema selectivo de transporte Na-independiente en donde la presencia de un gradiente de sodio, potasio, colina o protones, no presentan una mayor tasa de absorción, superando de todos modos un fenómeno de difusión simple. Además presenta sensibilidad a la floretina y a la aldohexosa como inhibidores, insensibilidad a la floridzina, características estas que lo hacen guardar similitud con la permeasa mediadora del transporte de glucosa en teleósteos (Reshkin et al, 1989). Esto sugiere que el sistema de transporte intestinal basolateral de glucosa tiene similitudes a su homólogo mediador de mioinositol.

Aunque no hay diferencias cualitativas entre los mediadores del transporte intestinal basolateral de la D-glucosa y el mioinositol, sí hay diferencias cuantitativas, como son la afinidad del transportador por la floretina, la naturaleza y características de la inhibición por otros D-monosacáridos sobre la permeasa y en los valores de las constantes cinéticas de absorción (Kt, Jmax). Algunas diferencias encontradas entre el transporte de D-glucosa y mioinositol son las siguientes: 1) El hidroxil en el carbono 2 (glucosamina) es esencial para el transporte de mioinositol. 2) el grupo hemiacetal (fructosa), juega un papel menos importante para el transporte de mioinositol. 3) el anillo piranosa no es crítico para el reconocimiento del mioinositol. Esas características en el requerimiento del substrato para la inhibición, son diferentes al sistema de transporte de la D-glucosa, que permiten sugerir que son dos mecanismos distintos (Reshkin, et al, 1989).

La D-glucosa, inhibe no competitivamente al inositol y además esta inhibición no tiene un carácter reogénico, ya que la disipación del gradiente de Na+ no altera el efecto inhibitorio. La inhibición, entonces podría darse por modulación de la permeasa, al enlazarse la D-glucosa a un lugar distinto del sitio activo a donde existe una alta afinidad por este azúcar (Reshkin, et al, 1989).

La anguila al nivel de la membrana borde de cepillo, presentó valores de Kt y Jmax más altos que en tilapia mosámbica, insinuando reflejar más altos niveles dietarios de mioinositol en peces carnívoros que en herbívoros y una mayor tasa de utilización metabólica; mientras que en la membrana basolateral, estos mismos valores no representaron una diferencia significativa, insinuando una ausencia de adaptación del sistema de transporte basolateral de inositol a las preferencias dietarias genéticamente programadas. Aunque el nivel de transferencia neta a través de la membrana puede ser influenciado por diferencias en microcirculación que pueden afectar la disipación del nutriente absorbido. Suponiendo que realmente las diferencias cinéticas entre peces carnívoros y peces omnívoros solamente se encuentran en la membrana borde de cepillo, de acuerdo a las preferencias dietarias; el flujo neto para la absorción de mioinositol, lo determina la capacidad de esta membrana apical. Un intestino corto y una baja tasa de ingestión en carnívoros, podrían ser compensados por una mayor eficiencia cinética, que optimizaría la absorción del mioinositol (Reshkin, et al, 1989).

7.5.1.2 Ascorbato La absorción de L-ascorbato en salmón Oncorhynchus mykiss y la anguila, se da por un sistema de cotransporte activo, electrogénico y Na+-dependiente, competitivamente inhibido por análogos estructurales tales como isoascorbato en la membrana borde de cepillo. Al parecer, más de un Na+, se transporta con cada molécula de vitamina. En la membrana basolateral, el transporte se da por un sistema Na+independiente de difusión facilitada (Maffia et al, 1993).

7.5.1.3 Nicotinamida La absorción de nicotinamida en bagre, mostró una función linear de acuerdo a su concentración, lo que indica, que es absorbida por difusión simple, al igual que en rata y en ratón (Casirola, et al, 1995).

7.5.1.4 Riboflavina25 La absorción de Riboflavina se ajusta a la ecuación de Michaelis-Menten, indicando que depende de una permeasa para su transporte, como sucede en mamíferos y aves (Casirola, et al, 1995).

7.5.1.5 Biotina25 La biotina sigue la curva de Michaelis-Menten, mostrando un sistema saturable de baja afinidad, alta capacidad. Los resultados no presentan una auto-inhibición competitiva alta que puede deberse a haber utilizado concentraciones por debajo del Kt o que una pequeña, pero significativa fracción es transportada por difusión simple (Casirola, et al, 1995). (Figura 17).

Figura 17. Transporte de vitaminas en 5/6 regiones adyacentes numeradas de 1 a 5/6 (proximal a distal) del intestino de bagre, limitados arbitrariamente. No presentaron diferencias significativas por efecto de la posición (P= 0.982 riboflavina; P= 0.820 biotina) en el transporte de las vitaminas. Los valores son medias de 5/6 observaciones. Tomado de Casirola, et al, (1995) y modificado por el autor.

7.5.1.6 Acido folico25 La absorción de ácido fólico y su metabolito el 5-metil tetra hidrofolato (MTHF) en bagre, al igual que nicotinamida, mostró una función linear de acuerdo a su concentración, lo que indica que es absorbida por difusión simple. El MTHF presentó una mayor difusión, mostrando posibles diferencias de permeabilidad entre las dos formas de folatos. Estos resultados son diferentes a los encontrados en rata, cerdo y humano, en donde el sistema de transporte presenta saturación (Casirola, et al, 1995).

7.5.2 Transporte de minerales Los minerales no solo son absorbidos por la pared intestinal sino que también las branquias cumplen esa función. (Cuadro 10).

Cuadro 10. Sitios de absorción para algunos minerales traza en peces

Minerales traza

Sitio de absorción

Hierro

Branquias-mucosa intestinal principalmente.

Cobre

Branquias-TGI,

Manganeso

TGI principalmente- branquias

Zinc

Branquias principalmente- Intestino anterior –estómago.

Cobalto

Branquias - Intestino-ciegos pilóricos.

Selenio

Branquias –TGI.

Yodo

TGI principalmente en peces de agua dulce- Branquias.

Cromo

TGI

Sitios de absorción para algunos minerales traza en peces. Compilado a partir de Watanabe (1997). Información sobre otros elementos traza, es escasa y mucho más en lo que se refiere a mecanismos de absorción.

7.5.2.1 Transporte de calcio. El transporte de calcio (Ca++) se puede medir mediante estudios electrofisiológicos. El calcio es tomado directamente del agua por medio de las branquias, como ruta principal; además, a través del intestino al parecer en la región proximal a partir del alimento y el agua de bebida.

El transporte de Ca++ al interior celular es pasivo sin inversión de energía, siendo dependiente del gradiente electroquímico (concentración milimolar al exterior de la célula y sub-micromolar al interior celular). Es un mecanismo de transporte de baja afinidad con un sitio de enlace regulador alostérico. No hay total claridad si este mecanismo es una proteína conducto, o una proteína mediadora; aunque es más probable la segunda opción. Los mecanismos para la regulación de la absorción del calcio en la membrana borde de cepillo aún no son claros, aunque se sabe que la estaniocalcina, juega un papel fundamental. Además de un potencial de membrana interior negativo de 50-70 mV, que además contribuye a la absorción (Flik y Verbost, 1993).

El transporte de Ca++, al exterior del citosol requiere un sistema de transporte activo que venza un gradiente de concentración en contra. En tilapia se comprobó que la ausencia del gradiente de Na+ generado por la Na+/K+-ATPasa, anula el transporte de Ca++. Se ha detectado una bomba de Ca++- ATPasa encontrada en la membrana plasmática basolateral de todos los vertebrados, con un papel moderado; además, de otro transportador de Ca++, en la forma de un intercambiador Na+/Ca++, como principal mecanismo, a partir del cual ingresan 3 Na+ y se expele 1 Ca++ (Flik y Verbost, 1993; Schoenmakers, et al., 1993).

Una tilapia adaptada a ambiente marino decrece en su absorción de Ca++ en el intestino, ya que las cantidades capturadas por las branquias son suficientes para crecimiento y homeostasis. La tendencia normal en ambientes marinos a incrementar la entrada paracelular de Ca++, es contrarrestada por un potencial de membrana interior positivo y una baja en los mecanismos activos de absorción transcelular. (Schoenmakers et al, 1993).

7.5.2.2 Transporte de zinc. En mamíferos la absorción de Zn se hace en el duodeno, en donde el pH es bajo. La disponibilidad del Zn, para absorción a través de la membrana borde de cepillo se afecta no solo por valores altos de pH, sino que también por factores como altos niveles de Ca++ dietario y fosfatos. El Zn puede cruzar la membrana luminal de las células epiteliales del intestino como iones libres que se unen a una proteína de la membrana de la mucosa o como complejos de bajo peso molecular (Cousins, 1985 y Handy, 1996, citados por Hollis, 1997). Una vez, el metal forma complejo en la mucosa intestinal, es absorbido al interior de la célula por un proceso con mediador, que puede o no, requerir de energía (Groff et al., 1995 y Handy, 1996, citados por Hollis, 1997). Allí, puede ser usado por la célula, transportado activamente al plasma sanguíneo (transporte mediado), o formar un complejo con la metalotioneina (Groff et al., 1995). El Zn, que no forma complejo con la metalotioneina, una vez en el plasma sanguíneo se enlaza a la albúmina.

Como en mamíferos, en peces, la absorción del Zn, se hace en el intestino anterior, donde el pH es bajo (Handy, 1996 citado por Hollis, 1997). Esta absorción puede ser deprimida por altos niveles de Ca++ dietario, fosfato y fitatos (Spry et al., 1988 citado por Hollis, 1987). La captación del Zn, se inicia por la absorción iónica en las proteínas solubles de la mucosa ((Handy, 1996 citado por Hollis, 1997).

El proceso por el cual el Zn entra en las células de la mucosa es desconocido, no obstante, es incorporado por una proteína de bajo peso molecular que probablemente es metalotioneina. El mediador a través de la membrana basolateral no se ha identificado, aunque se cree que puede ser un proceso pasivo (Handy, 1996 citado por Hollis, 1997). Una vez en la sangre el Zn forma un complejo con proteínas del plasma, presumiblemente albúminas.

7.5.2.3 Transporte de cobre. En mamíferos, el Cu es absorbido casi exclusivamente en el duodeno (Groff et al., 1995 y Handy, 1996 citado por Hollis, 1987). Entra a las células de la mucosa como catión libre o ligado a una proteína por transporte activo a través de la membrana borde de cepillo (Ashmead et al., 1985 y Handy, 1996 citado por Hollis, 1987). Una vez en el interior de la célula, puede ser usado por la célula, transportado al plasma por un mediador, o ligado por la metalotioneina.

El cobre tiene una baja biodisponibilidad en el pez, lo cual puede ser explicado por la formación de un complejo con el mucus de la pared del intestino. El mecanismo por el cual el Cu cruza las células de la mucosa es desconocido, pero evidencias sugieren que puede ser secuestrado por metalotioneina al interior de las células del epitelio intestinal (Handy, 1996 citado por Hollis, 1997). Una vez en la sangre el Cu es incorporado a proteínas del plasma.

Pueden ocurrir interacciones entre el Zn y el Cu, que afecten su captura dentro de las células de la mucosa. Estos metales pueden usar la misma ruta de absorción, compitiendo por los sitios de enlace del mediador (o los ligandos absorbibles enlazados) en la membrana borde de cepillo (Cousins, 1985 y Handy, 1996). Además la competencia se puede dar en la membrana basolateral. La metalotioneina tiene mayor afinidad de enlace por el Cu que por el Zn. Por consiguiente, más Cu puede ser ligado a la metalotioneina y menos ser absorbido al interior de la célula mucosal (Cousins, 1985 citado por Hollis, 1997).

Con la excepción del Zn y el Cu, el estudio de los demás minerales traza es escaso, por lo tanto la información a este respecto es mínima (Watanave, 1997).

7.6 ELECTROFISIOLOGIA INTESTINAL

A diferencia de los mamíferos que poseen un potencial transepitelial (Vt) seroso-positivo, el intestino de teleósteos es seroso-negativo. La absorción de sales se inicia con el ingreso electricamente neutral de Na+ y Cl- energizada por el gradiente eléctrico del Na. Este último sale de la célula por la acción de la Na-K-ATPasa y el Cl- pasivamente a favor de su gradiente de concentración a la superficie serosal, por intermedio de un conducto aniónico o por un mecanismo de "symport" en conjunto con el K+, o por un mecanismo de "antiport" Cl- /HCO3- el Vt, seroso-negativo parece ser producido por el transporte activo de la membrana basolateral del Na+, que difunde a la superficie serosal y preferencialmente es extruído a la superficie luminal a través de la unión estanca de la célula que es selectiva para catiónes.

El modelo se completa con un sistema de cotransporte con una estequiometría de 1Na/1K/2Cl. El K+ sale a la superficie luminal por difusión pasiva (figura 18) (Shuttlewotth 1995).

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Figura 18. Balance electrolítico en teleósteos.

Modelo celular esquemático de las rutas de transporte de iones a través del epitelio intestinal de teleósteos. M, superficie mucosal. S, superficie serosal. X, representa glucosa o algún aminoácido acoplado al Na. En la parte inferior, está representada la difusión al exterior del Na+, a través de las uniones estancas de las células. Tomado de Shuttlewotth, 1995.

7.7 PAPEL OSMORREGULATORIO DEL INTESTINO

Los peces dentro de un ambiente de agua dulce toman muy poca agua o simplemente no lo hacen, gracias a la difusión de esta, a través de las branquias. Las células de cloro secretan cloruro y otros iones al interior, para compensar las pérdidas por difusión hacia el exterior, por medio de las branquias. El transporte activo de iones produce un potencial eléctrico, así, que el interior del pez es negativo, comparado con el medio externo. Por consiguiente, el transporte al interior de catiónes puede ser coadyuvado por el potencial eléctrico. El riñón, produce gran cantidad de orina muy diluida, para balancear el flujo interno de agua, pero al mismo tiempo representa una pérdida de sales. Una parte de las sales ingresa con el alimento, a través del intestino. Así, el agua y los iones requieren de un complejo sistema de permeabilidad y procesos de transporte activo de distintos epitelios y áreas de superficie funcionales de órganos incluyendo riñones, intestino y branquias, regulados por medio del sistema nervioso y hormonal.

En ambientes marinos, la situación es totalmente a la inversa. Los peces pierden agua y ganan iones por difusión. Las células de cloro secretan iones al exterior y producen un potencial eléctrico en el cual el interior del pez es positivo comparado con el medio externo. El riñón produce cantidades mínimas de orina para minimizar las pérdidas de agua. La fuente primaria de recuperación del agua perdida, es la ingerida a partir del medio y la contenida en los distintos alimentos.

Los peces que beben agua marina tienen que transportar algunos iones selectivamente. El Ca++ y el Mg++ son abundantes en el agua marina por lo que el pez debe restringir su absorción y permitir el ingreso de Cl- y Na+.

El potencial de la membrana de la mucosa intestinal de peces, se ha mostrado que varía entre –45 a –50 mV e intracelularmente una concentración de Cl- de 20 a 25 mM. Bajo estas condiciones el Cl- debe entrar en contra de un gradiente electroquímico. El cloro entra a la célula por intermedio de un portador junto con una carga neta positiva o un posible mecanismo de intercambio Cl- / HCO3-. La salida del Cl-, por la membrana basolateral se hace a través de un proceso mediado. Cl- y Na+, se acumulan en el espacio intercelular. El retro-flujo del Na+ por las uniones estancas conduce a un potencial de difusión y esto a un transporte neto de Cl-. El cAMP puede afectar el transporte del Cl- causando un incremento general en la conductancia del Cl-. El transporte del Cl- en condiciones de agua dulce, es mucha más reducido que en agua marina (Smith, 1983).

El transporte de Na+ va directamente ligado al Cl-, en donde en ambos casos el pez se ve enfrentado a obtener (ambientes de agua dulce) o a excretar (ambientes marinos) iones. En ambos casos el pez intenta absorber tanto como sea posible Na+, por medio de un proceso pasivo a favor de un gradiente en el esófago de peces adaptados a ambientes marinos (Hirano et al, 1976) o por medio de un proceso activo a través del intestino. En general se cree que la absorción de Na+ de peces dentro de ambientes marinos, sucede únicamente como mecanismo para tomar agua. El Na+ ingresa solo pasivamente o acoplado a azúcares o aminoácidos para ser bombeado fuera de la célula por la Na+-K-ATPasa. En peces adaptados a agua marina, el Na+ parece ir de la mano con el Cl-.

Incrementar la temperatura medio ambiental en Goldfish, condujo a un incremento inmediato del transporte de Na+, en conjunto con un cambio selectivo en el transporte de azúcares y aminoácidos, al parecer debido a la disminución del transporte pasivo de Na+ (Cremaschi, et al., 1973) (Figura 19).

Figura 19. Modelo general para el transporte de Cl-, en el intestino de peces. El potencial transepitelial (PTE) sin la acción del cAMP, es de –5 mV (arriba); con la acción del cAMP, el PTE es de 0 mV (abajo).Tomado de Smith (1983). 

8. HABITOS ALIMENTICIOS

Dentro del ámbito colombiano, existen dos especies con hábitos alimenticios omnívoros interesantes para desarrollar dentro de la temática de absorción de nutrientes en peces. La cachama por ser un pez regional y la tilapia por su gran adaptación al medio además de su gran aceptación en el mercado.

Analizando la producción acuícola nacional, la tilapia (Oreochromis sp. y Tilapia sp.18.203,73 Ton/año de producción) y la cachama (Colossoma sp.) (12.335,31 Ton/año) son las dos especies piscícolas predominantes dentro de la acuicultura colombiana según el reporte del INPA de 1997-1998 (Barreto y Mosquera, 1999) y que poseen la ventaja de tener hábitos alimenticios omnívoros.

Los hábitos alimenticios de un pez se pueden comenzar a dilucidar por el numero de branquispinas, su longitud, el espacio entre estas y su grosor. Un gran número, finura y espacio reducido entre cada una de estas le permiten al pez tener una mejor capacidad de filtración del agua que fluye a través de las branquias para así aprovechar el plancton (Woynarovich, 1986). La longitud del TGI es otro elemento a tener en cuenta. Como lo indica Halver en 1989, los peces omnívoros tienden a tener un TGI bastante largo, mayor que los peces carnívoros y menor que los herbívoros, concepto general, al cual no se adaptan todas las especies de teleósteos. Por ejemplo, el gobio (Gobio) que es carnívoro, el gudgeon (Rutilus) omnívoro y la carpa espejo (Ciprinus) herbívoro, poseen aproximadamente la misma longitud del intestino (Halver, 1989).

8.1 LA TILAPIA (Oreochromis sp. y Tilapia sp.)

Las tilapias son los peces que mejor responden a las prácticas de fertilización de estanques en el mundo, lo que hace poco probable la aparición de deficiencias de nutrientes esenciales, por la gran diversidad de organismos existentes dentro del plancton y el detritus (Bowen, 1982).

Otro elemento a considerar, es el TGI, el cual presenta la longitud típica de un animal herbívoro (5 a 8 veces la longitud total de su cuerpo).

Hay cierto tipo de material que se encuentra con mayor frecuencia dentro del estómago de las Tilapias y que se describe a continuación.

Mezclas de bacterias algas y detritus y en contadas ocasiones se han encontrado animales o restos de ellos dentro del estómago, lo que hace de su ingestión un enigma. Algunos autores explican este hecho como accidental y que no hace parte de su dieta normal. Consumen algas verdes y verde-azules, diatomeas, macrófitas y detritus. Pequeños invertebrados especialmente crustáceos. La mayoría de especies de Tilapia son omnívoras con alimentación predominantemente herbívora (Bowen, 1982).

Parece haber una correlación positiva entre la longitud del pez y la profundidad en la columna de agua bajo la cual se alimentan, pareciendo estar relacionada con la temperatura. Los juveniles se alimentan en aguas superficiales y los adultos en aguas mas profundas con más baja temperatura.

El genero TILAPIA como tal, es macrófito. Algas filamentosas y plantas superiores, algas adheridas, bacterias y detritus. Los OREOCHROMIS son micrófagos; fito y zooplanctófagos, detritívoros, organismos bentónicos, bacterias y protozoos adheridos. Las cuatro especies que por cruzamiento originan la Tilapia Roja (Tilapia Nilótica, Oreochromis aureus, Oreochromis mossambicus y Oreochromis urolepis hornorum) son omnívoras. Digieren tanto organismos eucariotes como procariotes (Bowen, 1982).

8.2 LA CACHAMA NEGRA (Colossoma macropomum)

Junto con la cachama blanca (Piaractus brachypomus) son dos especies regionales con gran potencial para su cultivo por sus hábitos omnívoros. La cachama negra posee un amplio espectro de alimentación incluso por encima de la carpa común (Woynarovich, 1986).

La cachama negra posee dientes grandes pero no es un pez predador. Utilizan sus grandes y anchos molares y sus fuertes mandíbulas para moler y comprimir semillas. Sin embargo, bastantes semillas sobreviven, lo que hace posible que la cachama sirva como agente de dispersión de especies vegetales (Belville 1996; Woynarovich, 1986).

La cachama, junto con las muchas especies de pesca de la Amazonía, accede a una cantidad grande pero temporal de comida debido a los diluvios estacionales. Cuando las aguas suben a lo largo de la Amazonía, los bosques pueden inundarse con aguas de profundidades de más de 10 metros. Las lluvias duran 6 meses o más, periodo durante el cual el animal acumula reservas grandes de grasa para sostenerse durante el próximo periodo de sequía (Belville 1996).

En cachama negra los juveniles consumen frutas, semillas y zooplancton, preferencialmente (crustáceos, cladóceros, copépodos, ostrácodos) además de restos de insectos adultos, larvas de mosquitos, hormigas y escarabajos. Pueden filtrar plancton a través de las branquias modificadas que contienen branquispinas largas y finas, condición esta, que sugiere que son eficientes filtradores. Logran filtrar plancton de hasta 0.2 milímetros de diámetro (Woynarovich, 1986; Arias y Vásquez 1988).

Los adultos son principalmente frugívoros. Se alimentan de frutas y semillas que caen al río provenientes de la ribera. Seleccionan las especies de plantas que durante la estación húmeda aprovisionan de abundante semilla como el caucho y la palma. La Cachama al parecer espera bajo los árboles y arbustos para coger frutas y semillas que caen a la superficie de agua. Además flores, larvas de insectos e insectos adultos, formas planctónicas y peces pequeños (Woynarovich, 1986; Belville 1996).

DISCUSION Y CONCLUSIONES

La gran ductilidad que poseen los peces en su TGI para adaptarse a distintos ecosistemas (Halver, 1989), hacen aún más complejos los estudios de alimentación y nutrición y exigen investigaciones particulares sobre cada especie, para minimizar el sesgo en la información nutricional. A este respecto, la función de los ciegos pilóricos en el trabajo con Semaprochilodus insignis de Chavez y Vazzoler (1984), en donde no se encontraron estructuras propias de los procesos de absorción, parece diferir notoriamente con los estudios fisiológicos realizados en varias especies (Buddington y Diamond, 1987; Eslava, comunicación personal; Halver, 1989). Esto evidencia la gran diversidad anatómica y fisiológica presente en los peces y confirma la necesidad, primero de profundizar en el conocimiento para evitar referirnos a "nutrición de peces" como algo aplicable a todas las especies y segundo, realizar investigaciones con nuestras especies nativas como lo son la cachama y el bocachico Prochilodus magdalenae, peces con grandes ventajas desde el punto de vista de su alimentación además de su gran adaptación a los sistemas de producción.

Los procesos de hidrólisis previos a la absorción, en algunas especies de peces parecen iniciarse muy temprano en el esófago y continuar de manera importante en el estómago (Baglole, et al, 1997; Hepher, 1993; Halver, 1989), trabajos en donde se reporta la acción de una variedad enzimática mayor que la encontrada en mamíferos.

Refiriéndonos a las consideraciones de Buddington (1987), la hipótesis sobre la función de fermentación en los CP debe considerar el valor de pH presente. Se debe tener en cuenta que los CP reciben un quimo con un valor bajo de pH, que descartaría de plano una función fermentativa. Sin embargo, los hallazgos de Eslava (comunicación personal), sugieren la neutralización de la acidez de este quimo por la influencia pancreática. Determinar valores exactos de pH, nos dan mayor claridad sobre los diferentes procesos digestivos y/o absortivos que suceden a lo largo del TGI; por lo que dentro de las estrategias de investigación nutricionales en cualquier especie, se deben incluir estudios a este respecto.

Dentro de los trabajos en donde se comprueba absorción de proteínas intactas, se observa la presencia de vacuolas citoplasmática supranucleares (Caceci, 1984; Nose, 1989). Eslava en comunicación personal, encuentra vacuolas citoplasmáticas en los enterocitos de absorción de CP. Es necesario profundizar sobre este hallazgo con el objeto de determinar si existe similitud entre estas vacuolas y las encontradas en las regiones post-gástricas de otras especies en donde se determina que poseen capacidad endocítica de proteínas.

Para que el proceso de absorción se lleve a cabo, los nutrientes deben atravesar

la membrana apical o borde de cepillo hasta el citoplasma y del interior celular a la superficie serosal, a través de la membrana basolateral. Son procesos en alguna medida independientes que utilizan mecanismos de transporte diferentes pese a ser el mismo nutriente, como se comprobó para el caso de la glucosa y el inositol. Para los demás nutrientes la investigación a este respecto es necesario desarrollarla.

Con respecto a los sistemas de transporte Na/dependientes A y ASC para algunos aminoácidos (cuadro 2), se dice que también actúan en la membrana basolateral según el reporte de Vilella, et al, (1990). Un sistema de transporte no se espera que en esta membrana sea dependiente del sodio por dos razones básicas: primero, los nutrientes en el interior celular están con un gradiente a favor hacia la superficie serosal, por lo que con un sistema de difusión facilitada podría ser suficiente para su transporte. Segundo, un sistema de cotransporte paralelo asociado al Na+, antes que propiciar energía para el transporte, representa una carga ya que manifiesta un gradiente en contra hacia el exterior celular. Algunas posibles explicaciones a este respecto son las siguientes:

  1. Que el sodio sea simplemente un activador y no un energizador del proceso.
  2. Que funcione de una manera similar a como lo hace el acetato de la mano del ion bicarbonato a través de ambas membranas (Titus y Ahearn, 1992). Es decir, que en la membrana borde de cepillo la energía la suministra el sodio por su gradiente a favor y en la membrana basolateral esta energía de transporte la suministre el aminoácido también por su gradiente a favor ya en el interior celular (Figura 16).
  3. Que funcione como un sistema de cotransporte antiparalelo con el sodio. Vale la pena recordar, que estas dos últimas posibilidades no aparecen sustentadas dentro de la dinámica del sodio reportada por Shuttlewotth, (1995) en la figura 18.
  4. Por último, que estos sistemas de transporte sean los mismos tanto en la membrana basolateral y borde de cepillo y que funcionen de una manera facultativa de acuerdo con la conveniencia del empleo o no del sodio para su transporte. Recordemos como un mismo transportador, de acuerdo a la presencia o no de sodio, funciona, aunque con substratos totalmente diferentes como sucede para el caso de mCAT y 4F2hc (tabla 2).

Según la compilación de Hediger (1994), en donde se analizan familias de transportadores bacterianos hasta de mamíferos, se encuentran similitudes que inducen a pensar que dichas familias surgen en respuesta a la presión evolutiva para adaptarse a los requerimientos específicos. Los mecanismos de transporte básico permanecen notablemente preservados. Los sistemas de transporte cualitativamente son muy similares en peces, sobre todo si los comparamos con animales mamíferos. Por ejemplo, el sistema de transporte secundario, trabaja con Na+ e H+, exclusivamente, como iones cotransportados. Ellos aportan su fuerza de conducción, gracias a la energía acumulada en su gradiente de concentración. Iones distintos a estos dos aunque coadyuvan en algunas ocasiones a optimizar el transporte, nunca en lo hasta ahora reportado, se ha visto, que sean los iones cotransportados (Boge et al, 1985). Un ion diferente a estos, como sistema de cotransporte sucede por ejemplo, en intestino de lepidópteros, en los que el gradiente de K+, "reemplaza" el Na+ en un sistema de cotransporte K+ /aminoácido (Martin y Harvey, 1994).

En el reporte de Kakuda y MacLeod (1994) aparece un sistema de cotransporte antiparalelo Na/independiente para Glu y Cys (cuadro 2). Esto implícitamente dice que existe un gradiente de un ion diferente del sodio que suministra la energía necesaria para el transporte de estos aminoácidos; hecho tal, que en el presente trabajo no se ha reportado como se acaba de mencionar y por lo tanto resulta contradictorio. Curiosamente el transportador EAAC1 Na/dependiente para Glu en mamíferos, sí está demostrado, funcionando con una compleja combinación de cotransporte paralelo y antiparalelo, mas sin embargo, no aparece reportado en el mencionado cuadro 2.

Si en la cadena evolutiva animal se preservan los sistemas de transporte, es de esperar entonces que dentro de peces teleósteos, a pesar de poseer hábitos alimenticios diferentes (carnívoros, herbívoros y omnívoros) con mayor razón, la similitud se mantenga. A este respecto en trabajos con peces omnívoros, efectivamente se comprueba esto. Se concluye por lo tanto, que en otras especies omnívoras las únicas diferencias en los sistemas de transporte que se reporten sean cuantitativas, es decir, diferencias en los valores de constante de saturación media (Kt) y velocidad de flujo interno máximo (Jmax). El presente trabajo buscaba inicialmente compilar información de especies omnívoras exclusivamente, evitando tratar el tema de una manera tan general. Sin embargo, analizando el estado del arte actual, parece ser válido en el tema de la absorción de nutrientes en peces, no perder de vista el marco general de peces carnívoros, herbívoros y omnívoros dentro de un mismo conjunto.

Como se ha visto en distintos transportadores de aminoácidos, se empiezan a dilucidar asociaciones proteína-proteína, que como bien lo avala Kakuda y MacLeod (1994) cualquier asociación puede alterar la especificidad por el substrato y/o la afinidad, además de regular el transporte del substrato. Los estudios en absorción de nutrientes en peces, por lo menos los aquí reportados, en su mayoría son hechos con la técnica de vesículas de membrana (Ahearn y Storelli, 1994; Crane et al, 1979). Estos estudios son útiles para determinar el tipo de transporte, definir la relación estequiométrica cuando se refiere a cotransporte y darnos una idea de la magnitud del transporte, cuantificando y comparando los valores Kt y Jmax obtenidos, lógicamente a partir de la aplicación de la misma técnica. Allí, se trabaja y se sacan conclusiones referentes al sistema de transporte. Mas sin embargo, se ve como un sistema de transporte lo pueden conformar varias proteínas transportadoras (ejemplo, mCAT y 4F2hc perfectamente pueden pertenecer al sistema de transporte de aminoácidos catiónicos) y como existen interacciones entre estas, que alteran totalmente los resultados. Más aun, una permeasa no siempre pertenece a un sistema de transporte enteramente. Por ejemplo la rBAT, además de transportar aminoácidos del sistema b0,+ también transporta cistina. El siguiente reto será pues, trabajar con las permeasas aisladas como se hace ya para investigar sistemas de transporte en mamíferos (Wright, 1994).

A propósito de los resultados cinéticos podemos encontrar lo siguiente: para el caso de aminoácidos y glucosa, se tiende presentar una menor afinidad (valores Kt altos) y mayor transporte (valores Jmax altos) en la región post-gástrica proximal (intestino anterior o ciegos pilóricos) comparados con la región distal. Para el caso de vitaminas parece mantener valores de absorción constantes a lo largo de todo el intestino (ver figura 17). Los sistemas Na+/dependientes parecen tener valores Jmax mas altos que los sistemas Na+/independientes (ver cuadro 8 para el caso de Ala, Gly y Lys). En cuanto a los valores Kt, Ala y Gly presentaron mejor afinidad en los sistemas Na+/independientes, mientras que Lys presentó valores similares de afinidad.

En cuanto al transporte de glucosa, en rata se ha reportado la presencia de SGLT-1 y SGLT-2 en los túbulos renales y la SGLT-2 exclusiva en el epitelio intestinal (Hediger, 1994). En teleósteos la evidencia sugiere que estas dos formas de la SGLT-s, parecen coexistir dentro del epitelio intestinal. Además del patrón inhibitorio presentado por floridzina común en mamíferos y peces, el comportamiento estequiométrico en trucha 2Na+/1glucosa (Cassano, et al, 1988) sugiere la presencia exclusiva de SGLT-1; en tilapia mosámbica la relación 1Na+/1glucosa (Reshkin y Ahearn, 1987b), sugiere la presencia exclusiva de SGLT-2 y en Rockfish (Ahearn, 1992) sugiere la presencia de los dos transportadores dentro de la superficie post-gástrica; el SGLT-2 en ciegos pilóricos y SGLT-1, en intestino.

Si la permeasa rBAT, media el transporte de metionina y cistina, cabe la pregunta de si el átomo de azufre es importante para el reconocimiento del substrato por el receptor y además si rBAT media el transporte de cisteina.

Los cambios conformacionales en la permeasa SGLT-1 son dependientes del voltaje. Es decir, que el estado eléctrico de la membrana, puede alterar su conformación (Wright, 1994). Darnell, et al, (1988) solo considera la escisión del ATP como posible causa de los cambios conformacionales sobre la Na+K+ATPasa. En este orden de ideas, valdría la pena considerar el potencial de membrana como una posible causa de los cambios conformacionales de esta permeasa y de cualquier otra.

Tradicionalmente el estómago no se considera un órgano de absorción, por lo encontrado normalmente en nutrición animal. No obstante, en el presente trabajo se hacen varios reportes, que parecen sugerir que al menos en algunas especies de peces se dan procesos de absorción y que valdría la pena continuar investigando al respecto.

El Na+, parece ser el principal ion cotransportado en procesos de absorción en peces. Los demás iones, como el K+ y el Cl-, optimizan el transporte, pero nunca responden favorablemente (generación de "overshoot"), cuando se recrea experimentalmente un gradiente de concentración con estos iones, por lo que se deduce que no son cotransportados junto con el substrato.

Hediger (1994) no da información sobre los diferentes substratos utilizados por Fei, et al, (1994) para su sistema de transporte H+-dependiente; sin embargo, su conclusión difiere de los hallazgos de Reshkin y Ahearn (1991) en los que se reporta un sistema independiente de cualquier catión para el transporte de glicyl-L-fenilalanina. No obstante, el cotransporte antiparalelo Na+/H+, encargado de generar un gradiente de hidrogeniones al interior celular y que permite el funcionamiento de Pept-1 en mamíferos para transporte de péptidos, también se ha reportado en peces (Titus y Ahearn, 1992) dejando listo el escenario para cualquier posible proceso de cotransporte paralelo H+/dependiente.

Surge entonces la pregunta de cuando un dipéptido se transporta por difusión facilitada o cuando por un gradiente de protones o cuando, por previa hidrólisis de sus aminoácidos constitutivos. Vale la pena investigar si altas concentraciones luminales de un dipéptido estimulan la difusión facilitada. O si un gradiente de protones hacia el interior, que debe ser mayor en la parte proximal del intestino, por el relativo bajo valor de pH, del substrato, proveniente de la digestión estomacal, estimulan el cotransporte H+-dependiente. Esto abre un nuevo y amplio campo de investigación en el transporte de péptidos y sus diferentes mecanismos de transporte, en donde hasta ahora se dan las primeras investigaciones con resultados no tan precisos. Con mayor razón en peces, la investigación a este respecto inicia su proceso de desarrollo. El cotransporte H+/glucosa de la SGLT-1, en peces aún no ha sido reportado y también merece un espacio para su investigación.

No solo para el caso de péptidos existen dudas sobre los factores que determinan en un momento dado la ruta de absorción tomada por un substrato en particular. Como se puede observar en el cuadro 2 y en el cuadro 6, la mayoría de los aminoácidos allí reportados, mamíferos y peces respectivamente, se transportan por ambas rutas (Na+/dependiente y Na+/independientes). Además un mismo aminoácido puede ser transportado por diferentes transportadores y por ende, diferentes sistemas de transporte. Lys por ejemplo, es transportado por varias permeasas rBAT, 4F2hc, mCAT. Visto de otra manera Lys, puede ser transportado por varios sistemas de transporte (b0,+; y + L; y +). Un factor importante, para que un nutriente "escoja" una ruta de transporte determinada, muy probablemente sean los niveles luminales de dicho nutriente. Un nivel luminal alto permite desarrollar sin problema un mecanismo de difusión facilitada. Por el contrario, niveles luminales bajos no tienen mas opción que transportarse por un mecanismo de transporte activo. Caso similar al caracterizado para el transporte de acetato. Otro factor determinante debe ser la carga eléctrica propia del substrato. Es interesante ver, como el aminoácido Asp, a un pH de 5.5, ambiente en el cual pierde su carga eléctrica, es transportado por el clásico sistema L propio de aminoácidos neutros (ver cuadro 2).

El sistema L como hasta ahora se ha definido es bastante amplio. En adición a esto, no se ha detectado ninguna permeasa que lo sustente, es decir que guarde similitud con los substratos transportados. Tal vez, simplemente este sistema sea la manifestación de varias permeasas actuando al mismo tiempo. Por ejemplo, si comparamos el resultado obtenido en el transporte con rBAT (transporta Lys, Met, Leu, Cys y Trp) en mamíferos, vemos una extraordinaria similitud con lo encontrado en peces en el sistema L (transporte de Lys, Met, Leu, Cys, Arg, Phe, Ala y Gly ); Como si fuera el resultado de la acción de la permeasa rBAT, actuando en conjunto con otra permeasa no identificada.

Mientras no se experimente con las permeasas o transportadores específicos, como se ha logrado hacer en los últimos años, es difícil saber si los resultados experimentales son producto de un solo sistema de transporte, o de dos, o como en el caso específico de la Lisina, podría ser la suma algebraica de tres sistemas de transporte distintos, actuando simultáneamente en esas condiciones experimentales específicas.

Concretamente en cuanto a los resultados obtenidos con el sistema Na+-dependiente para Lisina, Prolina no se ha visto que comparta la vía de absorción con Lisina como parecen sugerir los resultados de Vilella, (1989). Puede efectivamente ser un tipo de inhibición competitiva particular en anguila. No obstante, vale la pena analizar el empleo del Na+. En dicho trabajo se obtuvo un KNa de 69 +- 22 mM. Jmax se obtuvo con una concentración cercana a los 150 mM de Na+. La medición para la inhibición de lisina por prolina, se hizo a 100 mM. ¿No será que la competencia, no se dio por el transportador, sino por el Na? Este tipo de competencia podría manifestarse solo en el dado caso que la afinidad del transportador por el Na+ variara de acuerdo al aminoácido (substrato) transportado.

La técnica de vesículas de membrana parece no tener la sensibilidad para detectar inhibiciones competitivas por un mismo transportador que funcione en los dos ambientes (con y sin sodio), como el caso de rBAT y mCAT (ver figura 20); ejemplo; en un ambiente experimental incluyendo sodio dentro del medio, el transportador mCAT tiene dos opciones por su particular fisiología de transporte: ligarse con el Na+ para transportar glutamina o permanecer libre de Na+ y transportar Lys y /o Arg. El siguiente es el modelo que aparentemente sucede con niveles de sodio sin saturar el medio, dejando transportadores libres de sodio como sucede en los trabajos de Vilella (1989).

Figura 20. Probable limitación de la técnica de vesículas de membrana a la inhibición competitiva en ambientes con y sin sodio.

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 En este caso hipotético particular sin saturar el ambiente de sodio, el transportador mCAT ligado al Na+ transportará glutamina, mientras que el mismo transportador libre de Na+, transportará lisina sin detectar una inhibición competitiva que evidentemente está sucediendo. La inhibición no se detectará, ya que lys nunca competirá por los transportadores en los cuales existe Na+ ligado y buscará transportarse por medio de transportadores libres del ion Na+, que no han sido contabilizados para el dato final de Jmax, quien es el que define el 100% del transporte o dato control. Esto mismo sugiere que cualquier otro par de aminoácidos a los cuales se les pretenda medir inhibición competitiva y compartan un transportador específico en las mismas condiciones que sucede con Gln y Lys presentarán sesgo en el resultado.

Además se ha iniciado la investigación de proteínas accesorias e interacción entre permeasas, que también podrían afectar la inhibición competitiva de los sistemas de transporte.

El transporte Na+-dependiente de prolina reportado por Storelli, et al, (1989) respondería parcialmente al sistema IMINO reportado para mamíferos.

El sistema ASC propuesto para aminoácidos neutros Na+ dependiente, si incluye phe, contrario a lo que dice el autor, pero aparentemente no incluye glicina, que sería el punto discordante encontrado (Storelli et al, 1989).

En el campo de la absorción de proteínas se establece una función inmunológica como la opción más probable, representada por las proteínas que llegan intactas a fagocitos intercelulares como lo sugiere Nose (1989); el hecho de que la mayoría de proteínas absorbidas son destinadas a digestión intracelular, favorece la hipótesis de una ventaja nutricional para el pez, al absorber substratos sobre los cuales no hubo digestión luminal. Es probable que esta capacidad intestinal en los peces simplemente tenga más de una función, ya que incluso se ha detectado la endocitosis de gonadotropina (Gth) biológicamente activa desencadenando posteriormente madurez sexual (Nose, 1989).

Las interacciones proteína-proteína y el descubrimiento de proteínas accesorias para los procesos de transporte se han comprobado. Por lo tanto, la definición dada por Harvey (1994) para los procesos de transporte secundarios, "mediados por un solo tipo de molécula protéica", debe ser modificada.

El trabajo de investigación, deberá dirigirse a profundizar sobre los sistemas de transporte que intervienen en la absorción de nutrientes. Como se ve, el tema de los minerales ha sido poco explorado. En elementos como el K, P, Mg, S, se desconoce entre otras cosas, sus mecanismos de transporte y procesos de saturación o autoinhibición. Lo mismo parece suceder en el campo de las vitaminas.

Para un mismo nutriente como se ha visto, pueden existir más de un sistema de transporte; saber entonces qué factor o factores disparan un mecanismo de transporte en particular, son entre otros algunos retos de la investigación de los procesos de absorción en peces e incluso en cualquier especie, en el nuevo milenio.

ACRONIMOS

Ala alanina

Arg arginina

Asp aspartato

ATP adenisin trifosfato

Cm2centímetro cuadrado

Cys cisteina

Gln glicina

Glu glutamina

Gly glicina

His histidina

Ile isoleucina

Leu leucina

Lys lisina

Met metionina

Mg miligramo

Orn ornitina

Phe fenilalanina

Pm picomol que equivale a 10-12 moles

Pro prolina

Ser serina

Trp triptofano

Val valina

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WOYNAROVICH, Elek. Tambaqui e pirapitinga. Brasilia : Codevasf, 1986.

p. 15-18.

DEDICATORIA

A la lechuza que dijo que no hay que ser bueno ni malo, sino justo.

A la tortuga que le escuche decir que lo que llena al ser es lo perenne.

A la hormiga que dijera que la evolución tiende a la unificación.

Al gorrión que le aprendí que con paja seca también se puede hacer nido.

Al dik-dik, que siente miedo como todos y saber eso me concede valentía.

Al delfín por su brillante combinación de intelecto y emoción. Ese delfín que enseña en donde yo aprendo.

A la rosa que compartió sus pétalos conmigo dentro de un nuevo espacio de romance y a sus espinas que me iniciaron en amar no solo para correr sino volar. A la orquídea de la cruz del sur que tiene mucho más para mí aún, pero no por esta vida.

A la dura tormenta que siempre aparece cuando hay que corregir caminos.

A DALE, quien me enseñó que el ser es más emotivo que lógico.

A AMI, a quien le aprendí que no por ser gota de la misma agua se me otorgara ser el mar.

A ALBERT, quien me enseñó que ni del tiempo y la distancia puedo estar seguro; por eso es mejor alardear de humilde.

A mi querida universidad que me regaló más de lo que merecía y mucho más de lo he podido asimilar. La gestora de mi intelectualidad.

Y por supuesto a quien vive por la satisfacción de dar únicamente, ese dar desde mi primera lágrima y mi primera ternura y a su coliflor de toda la vida, callado pero sabio. Los gestores de mi emotividad.

Y a Dios, el artífice de los seres de mi bosque.

AGRADECIMIENTOS

El autor expresa el más sincero agradecimiento a ALVARO WILLS, director del proyecto por su gran talento y dedicación emocional e intelectual a la ejecución de este trabajo.

A GERMAN AFANADOR jurado y JUAN CARULLA jurado, por su indiscutible profesionalismo y escuela investigativa también de eximia calidad.

A todos y cada uno de quienes contribuyeron en diferente medida a la realización de este trabajo.

A ESPERANZA MARTINEZ...

ISMAEL DARIO VELANDIA ROMERO

Tesis de pregrado Universidad Nacional de Colombia

Partes: 1, 2


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