Estudio de la utilización de la alanina y otros aminoácidos por el tejido adiposo marrón interescapular de la rata

Abstract

El tejido adiposo marrón (TAM) está considerado como el principal efector de la termogénesis no temblorosa inducida por el frío y de la termogénesis facultativa inducida por la dieta en la rata y otras especies de mamíferos.<br/><br/>Debido a su importancia en estos procesos; al metabolismo del TAM ha sido muy estudiado, si bien los aspectos relacionados con el metabolismo de los aminoácidos han recibido muy poca atención. El objetivo del presente estudio ha sido determinar las características generales del metabolismo de los aminoácidos en el TAM interescapular (TAMI) de la rata en distintas situaciones fisiológicas, habiendo sido dividido en tres bloques experimentales:<br/><br/>1) Estudio de las actividades enzimáticas relacionadas con el metabolismo de los aminoácidos en el TAMI.<br/><br/>2) Estudio de la utilización de la alanina por el TAMI «in vitro».<br/><br/>3) Estudio de la captación/liberación de aminoácidos y glucosa por el TAMI «in vivo».<br/><br/>En la primera parte se han estudiado las actividades de ocho de los principales enzimas en el metabolismo de los aminoácidos. No se actividades detectables de los enzimas serina deshidratasa arginasa. Los otros enzimas estudiados han sido la transaminasa (GPT), aspartato transaminasa (CiO"I'), transaminasa de aminoácidos de cadena ramificada (BCT), glutamina sintetasa (GST), glutamato deshidrogenasa (GDH) y adenilato desaminasa (AMD); para todos ellos las actividades en el TAMI son mayores que las observadas en el tejido adiposo blanco, y comparables a las del hígado y músculo esquelético. El ayuno induce pocos cambios en dichas actividades, mientras que la exposición aguda al frío determina un incremento en la BCT; por su parte, la exposición crónica al frío induce un notable incremento en la BCT y también en la GDH, mientras que disminuye la actividad AMD. <br/><br/>Por otra parte, el acervo de aminoácidos libres del TAMI muestra variaciones en función de la situación fisiológica del animal. De este modo, el ayuno y la exposición aguda al frío inducen una disminución en la concentración de los aminoácidos tisulares; en los animales expuestos al frío de forma crónica la concentración total de aminoácidos no se modifica, aunque es en este grupo donde las variaciones individuales con respecto a los controles son más numerosas. Al relacionar estas concentraciones con el aminograma sanguíneo destacan las variaciones observadas en el grupo de aminoácidos ramificados cambios que parecen estar de acuerdo con una utilización activa de los mismos en situaciones de exposición aguda o crónica al frío. En cualquier caso, se verifica que dichos cambios no son debidos a un recambio proteico especialmente rápido en el TAMI.<br/><br/>En la segunda parte se ha procedido a estudiar la utilización de la alanina por el TAMI «in vitro» en un modelo de incubaciones de fragmentos de tejido. Primeramente se ha determinado la validez de la técnica, para lo que se ha comprobado que la relación ATP/ADP se mantiene constante para incubaciones de hasta una hora de duración, al igual que la linealidad respecto al tiempo en la incorporación de los carbonos del aminoácido a las distintas fracciones tisulares estudiadas, siendo los destinos más importantes de la alanina su oxidación hasta CO2 y su incorporación a los ácidos grasos del tejido.<br/><br/>En un primer experimento se ha determinado el efecto de la glucosa sobre la utilización de la alanina, a distintas concentraciones de ambos substratos, comprobándose un efecto estimulador de la glucosa sobre la incorporación de los carbonos de la alanina al tejido, aunque no se modifica la oxidación del aminoácido. En el experimento complementario, en el que se ha estudiado el efecto de la alanina sobre la utilización de la glucosa, se verifica que para concentraciones superiores a 3 mM de glucosa, la alanina disminuye la oxidación de este substrato aunque sin afectar su oxidación.<br/><br/>Se ha comprobado también el efecto de la insulina, la noradrenalina y el glucagón sobre la utilización de la alanina por el TAMI, observándose que la primera hormona tiene un claro efecto estimulador sobre la utilización de la alanina, mientras que las otras dos disminuyen dicha utilización, si bien debe señalarse que en el caso del glucagón este efecto tan sólo se verifica a concentraciones por encima del rango fisiológico. Cabe señalar, asimismo, que todos estos efectos tan sólo se verifican en el caso de que la glucosa esté presente en el medio de incubación, mientras que en ausencia de la misma son menores tanto la oxidación del aminoácido como sobre todo su incorporación al tejido.<br/><br/>Una vez verificados todos estos aspectos, se ha estudiado la utilización de la alanina «in vitro» por el TAMI procedente de animales sometidos a distintas situaciones fisiológicas, tanto en condiciones basales corno en presencia de insulina y/o noradrenalina. El TAMI procedente de los animales sometidos a frío agudo muestra la mayor utilización de alanina, mientras que el de los sometidos a ayuno o a una exposición crónica al frío presenta una menor utilización que el tejido de los animales del grupo control.<br/><br/>En el tercer apartado experimental se ha determinado la captación o liberación de los distintos aminoácidos y de la glucosa por parte del TAMI en distintas situaciones fisiológicas. Se ha utilizado a tal efecto la técnica de la determinación de las diferencias arteriovenosas para cada uno de dichos substratos metabólicos, a partir de sus concentraciones en sangre arterial (aorta abdominal) y sangre venosa (vena de Sulzer). La similitud en la concentración de aminoácidos en la sangre arterial de los animales de los diferentes grupos experimentales indica que las diferencias observables deben ser atribuidas a un factor distinto de su asequibilidad. Por otra parte, se han determinado los flujos sanguíneos a través del TAMI utilizando la técnica de las microesferas radiactivas, marcadas con (46)Sc; el flujo se presenta disminuido en los animales ayunados pero sumamente elevado en los animales expuestos de forma aguda o crónica al frío, de acuerdo con la mayor actividad termogénica descrita en estas situaciones.<br/><br/>En los animales alimentados tan sólo se observa una liberación neta de prolina y taurina, así como una tendencia global hacia una pequeña liberación de aminoácidos. Con el ayuno el TAMI pasa a exportar alanina, glutamina, glicina y citrulina, así como el conjunto de aminoácidos no esenciales. Sin embargo el frío agudo induce una clara tendencia a la captación de aminoácidos, especialmente de los esenciales como la isoleucina, si bien el tejido continúa exportando prolina. Con la exposición crónica al frío hay una liberación muy importante de alanina, arginina y taurina, mientras que sigue captando isoleucina y también glutamina. En conjunto los resultados parecen indicar que este tejido capta activamente aminoácidos únicamente ante una estimulación aguda por el frío, pero estos compuestos no deben ser importantes substratos para el TAMI en otras situaciones. Sin embargo, los aminoácidos ramificados son utilizados tanto en una situación de estimulación aguda como durante la aclimatación al frío, por lo que podrían considerarse como un importante substrato energético de este tejido.<br/><br/>Este estudio «in vivo» se ha hecho extensivo para el caso de la glucosa, considerada como un importante substrato metabólico del TAMI. Su utilización por este tejido es especialmente notable tanto en los animales expuestos de forma aguda al frío como sobre todo en los aclimatados al frío, confirmándose de esta manera su importante papel<br/>termogénico.<br/><br/>Los resultados obtenidos en los distintos bloques experimentales realizados en la presente tesis doctoral sugieren que el TAMI utiliza algunos aminoácidos como la alanina y los ramificados como substratos en situaciones de emergencia, como puede ser una exposición aguda al frío, si bien en general no parecen contribuir de forma significativa, en otras situaciones a la capacidad termogénica de este tejido.

Interscapular brown adipose tissue (IBAT) presented high activities of some enzymes related with aminoacid metabolism such as alanine, aspartate and branched chain amino acid transaminases, glutamate dehydrogenase, glutamine synthetase and adenylate deaininase, but neither arginase nor serine dehydratase were detectable. These enzymatic activities were in a range between those of liver and skeletal muscle. Chronic cold-exposure induced some changes both in the tissue enzymatic activities and amino acid pool composition, but starvation or acute cold-exposure did not induce deep effects.<br/><br/>IBAT took up actively alanine and glucose, in "in vitro" incubations of tissue slices. Insulin enhanced the utilization of alanine, but noradrenaline and glucagon decreased it. These hormones had effect only when glucose was present in the incubating media. The IBAT of rats subjected to acute cold-exposure presented an active utilization of alanine, but the capacity of the starved or chronically cold-exposed rat tissue was decreased with respect to the control animals.<br/><br/>"In vivo" utilization of amino acids and glucose was estimated through the measurement of arterio-venous differences having into account the blood flow (measured by means of radiactive microspheres). The results indicated that IBAT took up some amino acids, as glutamine, and released glycine and proline, maintaining its amino acid nitrogen balance. Branched chain amino acids seem to play an important role as energetic substrates of IBAT under conditions of tissue stimulation, as cold-exposure; this is also true for glucose uptake.<br/><br/>The results obtained in the present work show that IBAT can utilize some amino acids as alanine or branched chain amino acids for energetic purposes, especially under situations of acute cold-exposure.