Descubre cómo GLUT4, el transportador de glucosa más importante, actúa en el músculo esquelético, adiposo y cardíaco, regulado por la insulina y el ejercicio. Clave para prevenir la diabetes tipo 2.
¿Te has preguntado alguna vez cómo tus células mantienen un equilibrio perfecto entre el caos y el orden? En el mundo de la biología celular, existe una pequeña pero poderosa proteína que desempeña un papel crucial en este delicado equilibrio: la proteína transportadora GLUT4
Hay dos maneras de aumentar la captación de glucosa en el músculo, mediante la insulina y con la realización de ejercicio físico. Ambos procesos ayudan a la resíntesis de glucógeno muscular mediante el transportador de glucosa GLUT4 (glucose transporter type 4), pero a distinta velocidad. Pongámonos en contexto:
En reposo, con un flujo sanguíneo de 300-400 ml/min se da una captación de 15-40 mmol/min de glucosa. En cambio, durante el ejercicio intenso se aumenta el flujo sanguíneo de 7 a 10 L/min, aumentando también la captación de glucosa a 2100-4000 mmol/min. Este aumento durante un ejercicio intenso es de 100 veces respecto a los valores de reposo, y de 25 a 50 veces en ejercicios moderados.
¿Y cómo se da este aumento de la captación de la glucosa desde el torrente sanguíneo al músculo?
Aquí es donde entra en juego GLUT4, este es un transportador de glucosa específico del músculo esquelético cuando éste requiere de este sustrato, pasando la glucosa de la sangre a las células musculares.
Existen otros muchos tipos de transportadores o “GLUT” como GLUT1, GLU2, GLUT5… pero es GLUT4 el responsable de la captación por parte del músculo esquelético, además de otros tejidos como el tejido adiposo o el tejido músculo cardíaco.
Al final, tanto el ejercicio como la insulina, sirven de “activadores” (vías de señalización y de acción) de GLUT4, pero estas dos opciones actúan de diferente manera en nuestro metabolismo.
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Mediante la insulina:
Después de que el páncreas libere insulina al torrente sanguíneo, comienza un proceso molecular que desencadena una serie de eventos en nuestras células. Esta hormona vital se une con precisión a receptores específicos en la membrana celular, desatando una cascada de reacciones intracelulares, el cual están presentes una serie de proteínas clave, entre las cuales destaca el IRS-1 (Insulin Receptor Substrate 1), la PI 3-Quinasa (Phosphoinositide 3-Kinase) y, finalmente, la AKT (Protein Kinase B), cada una desempeñando un papel esencial en la transmisión de señales intracelulares. Tras esta señalización, este proceso termina cuando GLUT4, almacenado en pequeñas vesículas del citoplasma, conocidas como GSV (Glut4 Storage Vesicles) se desplaza hacia la membrana para transportar esas moléculas de glucosa. Es como si una puerta secreta se abriera, permitiendo que el GLUT4 se traslade hacia la membrana celular, donde actúa como un portero que abre las compuertas para que la glucosa pueda entrar en las células y ser utilizada como fuente de energía.
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Mediante la contracción muscular:
Al realizar ejercicio, cada contracción muscular, cada movimiento, desencadena una serie de eventos que preparan a nuestras células para el desempeño óptimo.
El aumento del ejercicio desencadena un aumento en los niveles de calcio (Ca2+) dentro de las células, que desencadena una serie de eventos intracelulares. Pero el calcio no está solo en esta tarea; el ratio de ATP/AMP también experimenta cambios significativos durante el ejercicio.
Es aquí donde entran en juego la CaMK II (Calcium/calmodulin-dependent kinase II) y la AMPK (5' AMP-activated protein kinase). Estas proteínas, en respuesta ante el aumento de calcio y el cambio en el ratio de ATP/AMP, provocan -al igual que vimos en el proceso de la insulina- la liberación de GLUT4 de GSV y se desplazan a la membrana para el transporte de glucosa. Esta translocación de GLUT4 es un ejemplo de cómo nuestro cuerpo se adapta y responde a las demandas del ejercicio físico.
Figura 1. Sitios potenciales de regulación de la captación de glucosa muscular durante el ejercicio. Esto incluye la concentración de glucosa en plasma, la perfusión capilar, el transporte transcapilar de glucosa fuera del capilar, el transporte a través de la membrana hacia el miocito y la fosforilación, y el posterior metabolismo de la glucosa dentro del miocito. Esta figura está modificada de (51). GLUT4, transportador de glucosa tipo 4; G6P, glucosa 6-fosfato.
Figura 2. Esquema de la señalización molecular involucrada en la translocación de GLUT4 inducida por la contracción hacia la membrana superficial.
Una de las características clínicas de una persona con resistencia a la insulina o diabetes tipo 2 es la reducción en el aclaramiento de glucosa de la sangre, y esto se debe principalmente a una disminución en el transporte de glucosa estimulada por la insulina hacia el músculo y los adipocitos.
Cierto es que algunas personas con diabetes tipo 2 pueden tener un 50% menos de GLUT4 en el tejido adiposo, pero no en el músculo esquelético. Pero, ¿el responsable del defecto del transporte de la glucosa en el tejido adiposo es puramente debido a los niveles reducidos de GLUT4? Seguramente no, ya que existen personas con una menor captación de glucosa y con unos niveles de GLUT4 normales.
Pero, ¿por qué es importante hacer ejercicio tanto para prevenir como para mejorar nuestra resistencia a la insulina o diabetes tipo 2?
Ya hemos comentado que tanto el ejercicio como la insulina, aunque finalmente la finalidad es ese transporte de GLUT4 a la membrana, estos lo hacen por vías distintas, por tanto uno de los beneficios de hacer ejercicio físico es ese transporte de glucosa por una vía distinta a la insulina teniendo el mismo efecto.
Por ello, el entrenamiento regular con ejercicio resulta en una capacidad mejorada de transporte de glucosa estimulada por la insulina y la contracción. Una adaptación fundamental al entrenamiento con ejercicio da lugar a un aumento en los niveles de GLUT4 en el músculo esquelético, que se ha observado tanto en humanos como en roedores. El aumento en los niveles de GLUT4 en el músculo esquelético a menudo ocurre rápidamente en respuesta a un estímulo de ejercicio. Del mismo modo, hay una rápida disminución en los niveles de GLUT4 en el músculo esquelético con la cesación del entrenamiento o la inactividad.
FIGURA 6. Expresión de GLUT4 en vasto lateral de sujetos no entrenados (UT) y entrenados (T) y de sujetos entrenados después de 10 días de desentrenamiento (DT) (n = 6 o 7). *Diferencia significativa respecto a UT. [Datos de McCoy et al. (199).]
Falta por entender muchas de las cuestiones y mecanismos que regula GLUT4, pero está claro que el ejercicio supone mejoras a la acción de la insulina y la eliminación de la glucosa, así como a aumentar el almacenamiento de glucógeno muscular, además de otros muchos beneficios; y por si no ha quedado claro, ¡entrenar es salud!
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/23899560/
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/31175156/
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33166188/
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/37368137/
