Universidad Católica de La Santísima Concepción Facultad De Medicina Departamento de Bioquímica.
Alumnos:
Paula Rozas Karina Romero Miguel Salgado Felipe Sobarzo
Profesores Encargados: Dr. Reginald del Pozo BQ Javier Grandón BQ Mirna Muñoz QA German Rotter Fecha de Práctico: Fecha de Emisión:
6/Junio/2007 20/Junio/2007
Introducción Nuestro organismo obtiene energía a partir de la glucosa, que puede ser almacenada en el hígado y en los músculos, en forma de glucogeno. Por lo tanto el glucógeno, constituye la principal fuente de energía para los músculos. El glucógeno es un polisacárido de reserva energética de los animales, formado por cadenas ramificadas de glucosa. Está formado por varias cadenas cortas (12 a 18 unidades) de α- D – glucosa. Los enlaces presentes en el glucógeno son del tipo glucosídico α – 1,4 cada intervalo de entre 8 y 10 residuos enlazados de esta forma, hay uno enlazado en posición α – 1,6, a esto se le conoce como una ramificación. El hígado es un órgano complejo, el cual se encarga de múltiples funciones en el organismo. Para efectos de este práctico nos centraremos en su función de mantener estable el nivel de glicemia; cuando ésta aumenta, el hígado, capta y almacena glucosa transformándola en glucógeno, proceso conocido como glucogenesis. Al contrario, cuando baja la glicemia, en el hígado ocurre la glucogenolisis, proceso que básicamente transforma el glicógeno en glucosa y además se forma glucosa a partir de otras fuentes, tales como aminoácidos o piruvato, proceso llamado gluconeogenesis. Todos estos procesos ocurren en una serie de etapas, catalizadas por enzimas específicas. En este práctico determinaremos cuantitativamente el glucógeno en un corte de hígado y la glucosa en el filtrado obtenido de éste mismo, luego de incubarlo. De esta manera cuando se coloca un trozo de hígado en un medio salino, sin sustratos, va a predominar la glucogenolisis, es decir, la despolimerización del glucógeno.
Objetivos El práctico tiene por objetivo estudiar el proceso metabólico de la glucogenolisis en cortes de hígado y la cuantificación del glucógeno y la glucosa liberada, para determinar su relación.
Materiales • • • • • • • • • •
Embudo Balanza Papel filtro (3) Vaso pp 100 ml Pipetas de 2, 5 y 10 ml Mortero Gradillas para cubetas y tubos de ensayo Tubos de ensayo Tubos de Eppendorf Espectrofotómetro
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Cronómetro Micropipetas de 200 – 1000 ul y 20200 ul Vórtex 12 Cubetas Baño termorregulador Bagueta Puntas de micropipeta Pinza Tijera Papel aluminio
REACTIVOS: • • •
Solución de Krebs Ácido tricloroacético 5% Reactivo de lugol
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Kit para determinaciónenzimática de glucosa (tampón fosfato, pH 7.3, 100mmol; fenol 16mmol/l; 4- aminoantipirina 0.25mmol/l; glucosa oxidasa ≥20000U/l; peroxidasa ≥1000U/l). Glucógeno 0.05 g% Estándar de glucosa 20 mg% Trozo de hígado de rata
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Metodología Para llevar a cabo este práctico se debe sacrificar a una rata de laboratorio bien alimentada, idealmente ésta no debe sufrir estrés antes de su sacrificio, por lo que se le sedará con éter, para así no afectar la concentración de glucógeno presente en su hígado. •
Se medirán tanto la concentración de glucógeno en el hígado como la concentración de glucosa liberada por éste, mediante el método GOD-PAP (realizado en el Practico anterior) • Luego de ser lavado en suero fisiológico, se le entregará a cada grupo un trozo de tejido hepático, de éste deben sacarse tres nuevos trozos de igual peso, (pueden diferir en 10mg como máximo) dentro de un rango de 200mg a 250mg. Para pesarlos, se deben rotular tres tubos de ensayo: 1º tubo 0’ 2º tubo 10’ 3º tubo 30’
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Luego, el tubo 0’ se pone sobre la balanza, se pega con adhesivo para fijarlo y se tara, para descontarlo de la medición que haremos. Luego, con la pinza y la tijera quirúrgica se cortará un trozo del hígado y se introducirá en el tubo 0’ para pesarlo, y se irá agregando o quitando tejido cuidadosamente hasta alcanzar el peso adecuado. Luego se repetirá esto para los tubos 10’ y 30’, quedando, en el caso del práctico que nosotros realizamos:
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Deben ser agregados a los tubos 10’ y 30’ 2ml de solución de Krebs, para luego incubarlos a 37ºC durante los minutos que indica su rótulo (ej: tubo 10’, por 10 minutos)
Debe rotularse dos series más de tubos de ensayo, la serie F (0’ F, 10’ F y 30’F), que se usará para poner el filtrado que más tarde se obtendrá, y la serie S (0’ S, 10’ S y 30’s) para el sobrenadante. •
Mientras los otros dos tubos están en incubación, se preparará el tubo que corresponde al tiempo cero (tubo 0’). 1. Para esto, agrega 2ml de solución de Krebs. Mezcla rápidamente en el vórtex 2. Vierte el sobrenadante en el tubo 0 ’S. 3. Agrega 5ml de ácido tricloroacético 5% al tubo 0’ y mezcla en el vórtex, hasta que el trozo de hígado adquiera un color cafesoso y comience a flotar en el ácido. Al vaciar al tubo S el sobrenadante debes tener cuidado de que no caiga con él el trozo de tejido; puedes ayudarte con la bagueta, cuidando de no presionar el trozo de hígado.
4. Vierte el contenido del tubo 0’ bruscamente en el mortero, haciendo que caiga de una vez tanto el ácido como el trozo de hígado. Morterea muy bien, hasta que obtengas una mezcla café.
5. Filtra el triturado, poniendo el filtrado en el tubo 0’ F. 6. Rotula un tubo como 0’ Go (Go, de glucógeno) y pon en él 1,5ml del filtrado, 1,5ml de TCA 5% y 0,25ml de reactivo de Lugol en este orden. Agita. 7. Pon en otro tubo, rotulado como 0’ Ga (glucosa), 100µl del sobrenadante y luego agrega 1ml de reactivo enzimático. 8. Repite desde el paso nº 2 en adelante, para los tubos 10’ y 30’, una vez cumplidos los respectivos tiempos de incubación. Deberás obtener:
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Para cada una de las dos series se deben preparar un blanco y un estándar (por duplicado):
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Agrega a cada uno de los 6 tubos de la serie Go 0,25ml de reactivo de yodo. Agita y deja reposar al menos 5 minutos. Debes cuidar que; tanto al agregar el reactivo de yodo a la serie Go como al añadir el reactivo enzimático a la Ga, el tiempo transcurra entre agregar el reactivo a un tubo y a otro de la misma serie, sea el menor posible, para así lograr una comparación y mediciones objetivas
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Usando cubetas previamente seleccionadas (a partir de la comparación con la cubeta maestra, dentro de un rango de +/- 0,010 con respecto a esta) mide la absorbancia de la serie Go, para determinar la concentración de glucógeno a 540nm, y la absorbancia de la serie Ga para conocer la concentración de glucosa liberada, a 500 nm. Resultados
Para calcular la cantidad de glucosa liberado, lo mediremos a través de la absorbancia de las muestras, usando como parámetro un estándar de concentración conocida, así por regla de tres simple, podremos obtener las demás concentraciones: 0,66 0,2 (mg/ml) Glucosa 0,277 X 0,08 mg/ml de glucosa Así se realizó con cada una de las muestras, tanto de glucosa como de glucógeno. Absorbancia Std. Tubo 0' Tubo 10' Tubo 30'
0,66 0,277 1,059 1,473
(mg/ml) Glucosa 0,2 0,08 0,32 0,45
Como podemos apreciar en la gráfica a medida que avanza el tiempo, vemos el aumento significativo de glucosa en la muestra. Es importante mencionar que nos llamo enormemente la atención la cantidad de glucosa a los 10 minutos, ya que el aumento fue muy significativo. Por lo que podemos concluir que dicho aumento se deba a que haya quedado restos de sangre en la muestra de hígado, la cual como sabemos también posee glucosa, y que puede haber influido en el resultado. El hígado al ver la disminución de glucosa en el medio lo comienza a sintetizar y es esa cantidad la que queremos conocer.
Std Tubo 0' Tubo 10' tubo 30'
(mg/ml) Glucógeno Absorbancia 0,25 0,328 0,35 0,466 0,3 0,393 0,23 0,313
En el caso del glucógeno la relación es distinta, ya que a medida que avanza el tiempo la cantidad de glucógeno presente en el hígado va disminuyendo. Esto ocurre porque el glucógeno es el precursor de la glucosa en el hígado, es decir, a partir del rompimiento del glucógeno se sintetiza la glucosa. Por lo tanto aumenta la concentración de glucosa y disminuye la de glucógeno. Pero ¿Por qué la
relación de aumento y disminución no es la misma? Esto es porque el glicógeno es un polímero, por lo tanto de una molécula de glucógeno puede salir mas de una glucosa. Discusión Glucogenolisis es el proceso en el cual los depósitos de glucógeno en el cuerpo humano, ya sea del hígado o del músculo esquelético, se convierten en glucosa. La degradación a glucosa disponible metabólicamenta, precisa de la acción combinada de tres enzimas diferentes: 1) Glucógeno fosforilasa 2) Enzima desramificante del glucógeno 3) Fosfoglucomutasa Glucógeno fosforilasa: Cataliza la denominada escisión fosforolítica, que consiste en la salida secuencial de restos de glucosa desde el extremo no reductor, según la reacción: (glucosa)n + Pi <---------------> (glucosa)n-1 + glucosa-1-P Esta reacción es muy ventajosa para la célula, en comparación con una de hidrólisis. La enzima posee PLP como coenzima, que interviene en el mecanismo de catálisis. Enzima desramificante del glucógeno: La glucógeno fosforilasa no puede escindir los enlaces Oglicosídicos en a(1-6). La enzima desramificante del glucógeno posee dos actividades: a(1-4) glucosil transferásica que transfiere cada unidad de trisacárido al extremo no reductor, y a(1-6) glicosidásica que hidroliza el resto de glucosa unido en a(1-6). Fosfoglucomutasa: Se encarga de transformar la glucosa-1-P en glucosa-6-P. Esta reacción, perfectamente reversible, transcurre mediante un mecanismo en el que se origina glucosa-1,6-bisfosfato. glucosa-1-P <---------------> glucosa-6-P En el hígado existe otra enzima muy importante, la glucosa-6-fosfatasa, necesaria para que pueda cumplir su función de proveedor de glucosa a otros tejidos. glucosa-6-P + H2O ---------------> glucosa + Pi Diversos factores pueden modificar la velocidad de la glucogenólisis, siendo las principales la concentración de glucosa en la sangre (glicemia) y la actividad de glándulas endocrinas como son el páncreas, las glándulas suprarrenales y la hipófisis (insulina, glucagón, etc) Además cabe mencionar que en el laboratorio se trabajó con una serie de reactivos de función determinada: Solución de Kreb: Solución salina (suero fisiológico) para animales de sangre caliente (homeotermo), isotónica, y a pH 7,4.
Lugol: El lugol o solución de Lugol es una solución de I2 (1%) en equilibrio con KI (2%) en agua destilada. La cual se utilizó en el práctico porque reacciona con algunos polisacáridos como los
almidones, glucógeno y ciertas dextrinas, formando un complejo de inclusión termolábil que se caracteriza por ser colorido, dando color diferente según las ramificaciones que presente la molécula. Acido Tricloroacético (TCA): el cual extrae el glucógeno y detiene las reacciones enzimáticas, en nuestro caso la glucogenólisis. Conclusión A través de este práctico se pudo corroborar una de las funciones básicas del hígado con respecto al metabolismo del glucógeno; si mantenemos al hígado en condiciones semejantes al plasma (solución de Kreb) pero sin proveer de glucosa, éste va a comenzar el proceso de degradación del glucógeno acumulado, con el fin de mantener una determinada concentración de glucosa en el medio, intentando compensar la deficiencia de glucosa en éste y haciéndolo proporcional al tiempo transcurrido. O sea, a mayor tiempo de exposición a un medio sin glucosa, más glucosa va a sintetizar (hipótesis corroborada por los gráficos) Además se pudo observar como la eliminación del extremo no reductor del glucógeno realizado por la glucógeno fosforilaza, es más rápida si el glucógeno se encuentra en un mayor grado de ramificación. Caso que nos da a entender el 1º gráfico donde se observa una relación lineal o hiperbólica, dado que el glucógeno se encontraba más ramificado. Con el glucógeno presente en el hígado pasa lo contrario que con la glucosa en el medio extrahepático, el cual a medida que transcurra el tiempo, va a disminuir también de forma proporcional, ya que la reserva presente en el hígado se va a empezar a degradar para formar glucosa. (gráfico 2) Es de importancia tener en cuenta que el proceso del hígado de liberar glucosa al medio, glucogenolisis, en el organismo debiera variar en su velocidad, disminuyendo, al aproximarse a los niveles de glucosa normal. Para resumir a través del trabajo se demostró la importancia vital que posee el hígado en el metabolismo de la glucosa, ya que aquí es donde se almacena como glucógeno y de aquí se degrada nuevamente a glucosa para elevar la glicemia y mantener la homeostasis. Bibliografía • •
R. Del Pozo. M. Muñoz. Guía de Trabajos Prácticos Bioquímica 2007 UCSC. Escuela de Medicina. www.alimentacionynutricion.org/es/index.php?mod=content_detail&id=77
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http://web.usal.es/~evillar/glucogenolisis.htm