Para leer más contenidos de Trimestre 4º LATAM 2024
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| La liberación de fósforo a partir del fitato se produce por escisión secuencial de los grupos fosfatos del anillo de inositol. Se creía que, independientemente de las propiedades de la fitasa, la velocidad de desfosforilación del fitato está limitada por la primera escisión de cualquier grupo fosfato. |
La posición del primer grupo fosfato escindido depende de la especificidad de la fitasa. La inhibición del inicio de la desfosforilación no está asociada al mecanismo de acción de la enzima y puede deberse más bien a una actividad insuficiente de la fitasa o a una baja disponibilidad del sustrato.
» El análisis de las transformaciones en la cadena de reacción inositol hexafosfato (IP6)→inositol (I) muestra que la desfosforilación de IP6 en su conjunto limita la eliminación del grupo fosfato de I(1,2,5,6)P4 (tercera reacción desde el inicio de la hidrólisis de los enlaces fosfato el ácido fítico).
» La menor disponibilidad de nutrientes en presencia de fitato no se debe a la acción de los fitasa, sino que está causada por los aniones del fósforo fítico (IP6-3), que se unen a iones metálicos cargados positivamente, aminoácidos y proteínas.
| El fitato es una forma de reserva de fósforo en las semillas de las plantas. Como resultado de la activación de la fitasa durante la germinación de las semillas, el fitato libera fosfato inorgánico (Pi) para su uso por las plantas en crecimiento. |
| Los animales no rumiantes no digieren eficientemente al fitato contenido en los piensos debido a la escasa presencia de enzimas endógenas en el tracto gastrointestinal (TGI). |
El término fitato incluye muchas sustancias definidas por la presencia en su composición del anión del ácido fítico (AF).
Las enzimas que escinden el ácido fítico se denominan mioinositol hexakisfosfato 3- y 6-fosfohidrolasas.
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En soluciones con pH < 1,1, el ácido fítico tiene una carga neutra y permanece débilmente activo. Un aumento del pH del medio a 2 conduce a la ionización de tres grupos fosfatos; un aumento adicional del pH resulta en la pérdida de los protones restantes.
| El anión de fósforo fítico es capaz de retener su carga negativa en el tracto gastrointestinal y reaccionar con cationes. |
| En el estómago, la lisina, la histidina y la arginina, así como las proteínas y los polipéptidos que contienen estos aminoácidos, pueden formar complejos binarios proteína-IP6 que inhiben la digestión de las proteínas. |
La unión de ácido fítico a los aminoácidos cargados positivamente limita su absorción.
Las más comunes y mejor estudiadas son las fitasas ácidas de histidina, que difieren en el átomo de carbono del anillo de mio inositol del que se elimina el primer grupo fosfato.
| » La subsiguiente eliminación de los grupos fosfato da lugar a la liberación de fósforo disponible para plantas y animales y a la formación de ésteres de inositol en menor número de fosfato solubles. |
La solubilidad de los isómeros depende de la proporción de cationes metálicos y de la presencia de aminoácidos libres con propiedades quelantes. Se cree que las tres primeras etapas de la desfosforilación del ácido fítico (IP6→IP4) juegan un papel importante en la creación de condiciones para la hidrólisis completa de IP.
La carga negativa de la molécula de ácido fítico y su capacidad para unirse a otros nutrientes disminuye con la reducción del número de grupos fosfatos.
Las fosfatasas alcalinas y las fitasas alcalinas también participan en la escisión de isómeros.
| Recientemente, se ha establecido que cuando se incluye fitasa ácida de histidina en la dieta (500 unidades/kg-1000 unidades/kg), esta aumenta en el yeyuno la actividad de la fitasa alcalina endógena, una enzima que rompe el fitato de metales divalentes difíciles de disolver. |
La acción de cada tipo de fitasa y su actividad máxima dependen del pH del medio.
| Sobre esta base, las fitasas se clasifican en ácidas o alcalinas. Las fosfatasas ácidas muestran una amplia especificidad de sustrato hacia los fitatos libres de metales, mientras que las fosfatasas alcalinas son específicas hacia el ácido fítico unido a metales. |
Figura 1: En esta figura se observa el tracto gastrointestinal de un cerdo, los valores de acidez en el estómago y el duodeno, y el tiempo de retención del bolo alimenticio en el estómago. En la porción inferior se observa la solubilidad del fitato (in vitro) a diferentes valores de pH.
La solubilidad del fitato es de 97,9% cuando está sumergido en una suspensión de 3,5 de acidez. Esta acidez se alcanza cuando el fitato está en la porción estomacal del tracto gastrointestinal.
Las fitasas ácidas son sumamente efectivas a nivel estomacal, por lo tanto debemos promover el tiempo de retención adecuado del bolo alimenticio. Si la acidez aumenta podemos observar, la precipitación del fitato (suspensión de color blanquecina).
| En esta prueba podemos observar, que el estado insoluble del fitato comienza a aparecer a pH 4. En este estado protonado, el fitato comienza a ligar minerales (Zn, Cu ,Co Mn), volviéndose un complejo fitato mineral insoluble para la absorción. |
Las proteínas también se pueden ver afectadas con aquel fitato que no fue solubilizado correctamente, provocando un sustrato fitato-mineral-proteína insoluble para la absorción del cerdo.
 El aumento del contenido de fitasa en el pienso a 1500 FTU/kg garantizó la máxima escisión de IP6, mientras que el aumento posterior del contenido de enzima a 3000 FTU/kg no tuvo ningún efecto sobre la hidrólisis. |
Los estudios in vitro realizados con el sustrato libre (fitato de sodio), cuya disponibilidad no estaba limitada por la estructura celular de los componentes del alimento, confirmaron que la desfosforilación del IP4 es la etapa limitante en la cadena de desfosforilación secuencial del IP6 original.
| Se supone que la acumulación de I(1,2,5,6)P4 indica que su conversión es una reacción de “cuello de botella” en la cadena de reacciones secuenciales de desfosforilación IP6→IP1. |
La disminución de la concentración de I(1,2,3,4,6)P5, que retiene el grupo fosfato en el sexto átomo de carbono en presencia de 6-fitasa, indica que múltiples factores pueden activar las fosfatasas alcalina y/o inhibir la 6-fitasa.
Los estudios sobre el contenido de grupos de metabolitos de IP6 en las heces de cerdos confirmaron la suposición de que el catabolismo de IP6, que se produce como una cadena de reacciones sucesivas de desfosforilación, se ralentiza a nivel de I(1,2,4,6)P4.
 Basándonos en diferentes investigaciones, podemos concluir que, en los experimentos in vitro donde la disponibilidad del sustrato para la enzima no era restringida, el IP6 sufrió una hidrólisis completa y su conversión a I(1,2,4,5,6)P5 (es decir, la escisión del primer grupo fosfato) no fue la etapa limitante en la cadena de reacciones de desfosforilación secuencial IP6→IP2. En cambio, el proceso se inhibió en la etapa de desfosforilación de I(1,2,5,6)P4. |
FACTORES QUE AFECTAN EL INICIO DE LA DESFOSFORILACIÓN DE ÁCIDO FÍTICO
Las paredes celulares de las células de los cereales están formadas por celulosa y hemicelulosas, principalmente arabinoxilanos, con pequeñas cantidades de β-glucanos y mananos.
Los monogástricos carecen de enzimas capaces de hidrolizar estos polisacáridos de la pared celular, por lo que una parte del contenido intracelular de las células de los cereales permanece físicamente inaccesible a las fitasas.
| La adición de carbohidrasas al pienso facilita la destrucción de la pared celular y la formación de canales a través de los cuales el agua y las enzimas pueden entrar en las células, lo que garantiza la digestión de proteínas, almidón y fitato. |
» Cuando se añadió celulasa al pienso, la disponibilidad de fósforo y proteína aumentó un 30,4 y un 21,8%, respectivamente.
» Debido a la actividad de las proteasas exógenas, la liberación de fósforo aumentó un 15% y la de proteína un 14,5%.
| El tamaño de las moléculas de fitasa es suficiente como para que puedan penetrar en las paredes vegetales, a través de los poros naturales, y catalizar la desfosforilación del fitato en el interior de las células. |
Las fitasas bacterianas suelen tener moléculas más pequeñas que las enzimas fúngicas. Esto sugiere que la mayor eficacia de las fitasas bacterianas puede deberse al tamaño de sus moléculas, que facilita su acceso a los sustratos.
| Un factor importante en la actividad de las fitasas es la disolución del fitato, que les permite diseminarse más allá de las células vegetales y quedar disponibles para su acción. |
En el caso de los cerdos, el alimento permanece más tiempo en el ambiente ácido del estómago que en las aves de corral, de modo que la cantidad de fitato soluble debería ser mayor. Esto explica que los cerdos utilicen mejor el fósforo que las aves de corral.
La escisión incompleta del fitato de los alimentos naturales in vivo puede explicarse por la disponibilidad limitada de las enzimas para el sustrato, siendo la etapa limitante la deforilación de IP4.
⇒ La misma regularidad se observó en otras condiciones experimentales en las que se utilizaron fitasas de Escherichia coli, Aspergillus niger y Buttiauxella sp.
Numerosos artículos de investigación han demostrado que las fitasas presentan un efecto extra-fosfórico, aumentando la digestibilidad de las proteínas y otros nutrientes.
| Estas conclusiones se basaban en la interpretación errónea de los resultados de estudios sobre la utilización de nutrientes, en los que se identificaba el proceso fisiológico de la digestión con los procesos de absorción de aminoácidos y metabolización del nitrógeno. |
El efecto extra-fosfórico de las fitasas se entiende como un aumento de la disponibilidad de nutrientes distintos del fósforo durante la digestión, es decir, como una manifestación del efecto no asociada a la función bioquímica de las fitasas.
Las fitasas no pueden afectar directamente a la digestibilidad de las proteínas: aumentan la disponibilidad de los aminoácidos ya digeridos al impedir su unión a los fosfatos, como resultado de la reducción de la concentración de fosfatos debido a su escisión.
| Por lo tanto, el concepto de efecto extra-fosfórico de las fitasas no es del todo exacto, ya que la fitasa solo tiene un efecto. |
Otras consecuencias, aunque asociadas a la adición de fitasas exógenas al pienso, son consecuencia de su efecto sobre el fitato. Son indirectos y surgen como resultado de la disminución de la concentración de aniones reactivos IP6-4.
EL FITATO Y LA NUTRICIÓN DEL LECHÓN
El fitato tiene un fuerte impacto en la nutrición de un lechón, provocando una pérdida importante sobre la ganancia de peso si este no es inactivado por fitasas eficientemente.
El lechón presenta una capacidad reducida para producir acidez a nivel estomacal, puesto que la dieta de este animal está basada en carbohidratos (lactosa). Por lo tanto puede haber mucho sustrato insoluble en el tracto gastrointestinal.
| Una estrategia para ayudar al lechón a solubilizar eficientemente el fitato, es con la aplicación de súper dosis. |
» La aplicación de súper dosis de fitasa, asegura una adecuada solubilización de este sustrato, evitando así efectos adversos en el crecimiento de un lechón.
CONCLUSIONES
| La digestión de los fitatos depende de dos factores principales: la presencia de cantidades suficientes de fitasa y la disponibilidad de fitato para la acción enzimática. |
1) El primer problema se puede resolver añadiendo cantidades suficientes de fitasas exógenas en proporciones adecuadas al pienso.
2) El segundo problema se supera aumentando la digestibilidad del pienso en su conjunto.
3) En casos especiales, pueden añadirse carbohidrasas al pienso, ya que estas enzimas alteran las membranas celulares y facilitan el acceso de las hidrolasas a los nutrientes del citoplasma.
| La escisión del primer grupo fosfato por parte de 3 o 6 fitasas da lugar a la formación de IP, que incluyen I(1,2,4,5,6)P5 e I(1,2,3,4,5)P5. En comparación con el IP6, estos metabolitos se unen a los nutrientes de manera menos eficiente, pero el I(1,2,4,5,6)P5 forma complejos más fuertes con las proteínas que el I(1,2,3,4,5)P5. |
Además, el I(1,2,4,5,6)P5 es un precursor del I(1,2,5,6)P4, que inhibe las etapas posteriores de la escisión del IP. Esto corrobora la preferencia por las 6-fitasas. El efecto extra-fosfórico de las fitasas, es decir, el efecto que va más allá de la acción fosfohidrolasa, se manifiesta como un aumento de la disponibilidad de microelementos, macroelementos y aminoácidos.
Las fitasas no tienen actividad proteolítica ni amilolítica, por lo que la suposición común en la literatura popular de que las fitasas aumentan la digestibilidad de las proteínas y el almidón es incorrecta.
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