Química de la Resaca-Alcohol y sus consecuencias Parte 2

¿Cómo puede una molécula diminuta como el etanol estar en la raíz de tanta miseria humana?
Aquí proponemos llegar al fondo de las consecuencias químicas de una noche de celebración en exceso.

2.1 Metabolismo del etanol

El etanol (CH3CH2OH) se oxida en el hígado a acetaldehído (CH3CHO, etanal), que en un segundo paso se oxida aún más a ácido acético (CH3COOH, ácido etanoico) (Fig. 2). El ácido acético se descompone en dióxido de carbono y agua en el ciclo del ácido cítrico .

En el proceso, el etanol suministra una cantidad considerable de energía: 450 kcal/100g, un valor entre los de glucosa (400 kcal/100g) y grasa (930 kcal/100g). Por lo tanto, las bebidas alcohólicas deben clasificarse entre los productos alimenticios.

Figura 2. Metabolismo del etanol en el cuerpo.

Etanol ⇒ Acetaldehído

En el primer paso, el etanol se oxida en las células del hígado a acetaldehído, con NAD + (nicotinamida adenina dinucleótido) como agente oxidante. Esta reacción es catalizada por enzimas de alcohol deshidrogenasa (ADH), de las cuales el cuerpo humano tiene muchas disponibles. Todos son estructuralmente muy similares, y siempre consisten en dos subunidades, cada una de las cuales contiene 374 aminoácidos. Las subunidades α, β y γ adecuadas para la oxidación del etanol están codificadas en tres genes de nuestro cromosoma 4, y se pueden combinar a voluntad con cualquiera de los seis dímeros ADH (αα, ββ, γγ, αβ, αγ, βγ). Las actividades catalíticas de las diversas combinaciones difieren solo ligeramente.

Además, también existen diversas variedades de las subunidades β y γ. La ADH que contiene subunidades β1, común entre los europeos, oxida el ca. 110 mg de etanol por hora y kg de peso corporal, mientras que la versión β2, más común entre los asiáticos, es significativamente más activa catalíticamente, a 130 mg/kg/h.

El uso indebido crónico de alcohol induce una regulación de alto nivel en las células hepáticas de un mecanismo normalmente subordinado de oxidación del etanol: el sistema oxidante de etanol microsomal (MEOS). En este caso, se sintetiza una monooxigenasa especial del citocromo P450 en mayor medida, que a su vez metaboliza el etanol independientemente de la ADH. En la secuencia de reacción de MEOS, el etanol es oxidado directamente por el oxígeno molecular, es decir, no hay acoplamiento energético a la cadena respiratoria en las mitocondrias. La energía liberada a través de la oxidación MEOS del etanol simplemente se descarta en forma de calor y, a diferencia del metabolismo ADH «normal», no se almacena químicamente.

Esto se ha demostrado de manera impresionante con los seres humanos: En un estudio controlado, la ingesta diaria normal de calorías se duplicó con una cantidad suplementaria de etanol o chocolate. El resultado: usando etanol, el peso corporal después de dos semanas se mantuvo sin cambios, pero los consumidores de chocolate ganaron 3 kg.

Acetaldehído ⇒ Ácido acético

Dos aldehídos deshidrogenasas (ALDHs) están listos para una mayor oxidación del etanol. La oxidación rápida también es importante, ya que el acetaldehído es tóxico. Los ALDHs cumplen su tarea de manera ejemplar: el acetaldehído tóxico se oxida en ácido acético inofensivo a lo largo de dos vías: una pequeña fracción se oxida en las células hepáticas en el citosol por aldehído deshidrogenasa ALDH1, mientras que la fracción principal se oxida en las mitocondrias por ALDH2.

En la oxidación tanto del alcohol como del acetaldehído, el NAD + (dinucleótido de nicotinamida adenina) es el agente oxidante real. La concentración sanguínea de acetaldehído generalmente permanece por debajo de 2 µmol/L, en comparación con una concentración típica de etanol de 5 mmol/L.

Gráfico 3 Metabolismo intracelular del etanol.

Cada ALDH consta de cuatro subunidades idénticas, cada una con 500 aminoácidos, que en el caso de ALDH1, que se encuentra en el citosol, se localiza en el cromosoma 9, mientras que ALDH2 de las mitocondrias se localiza en el cromosoma 12. La correspondencia secuencial entre los dos ALDHs es de solo el 68%, y sus efectos catalíticos difieren en consecuencia: ALDH2 de las mitocondrias es mucho más activo que ALDH1 del citosol (Fig. 3).

La inusual sensibilidad al alcohol mostrada por parte de la población mundial, en particular la de Asia, se debe a una alteración de la ALDH2. A diferencia de los europeos y africanos, el 44% de los japoneses (Tab. 1) tienen una variante de la enzima ALDH2 en las mitocondrias de sus células hepáticas. Esta modificación lleva la designación ALDH2*, donde un ácido glutámico en la posición 487 ha sido reemplazado por una lisina . La mutación es catalíticamente inactiva, y las personas con ALDH2* son capaces de metabolizar el acetaldehído solo lentamente, utilizando la ruta ALDH1 menos activa.

La consecuencia: a los pocos minutos del consumo de etanol, su concentración de acetaldehído en sangre aumenta drásticamente. Mientras que para un europeo (ALDH2) con un contenido de alcohol en sangre de 0,5‰, el nivel de acetaldehído en sangre permanece por debajo de 2 µmol/L, para un japonés con ALDH2*, este valor puede alcanzar los 35 µmol/L .

El acetaldehído tiene un poderoso efecto vasodilatador, causando que la cara se enrojezca o se enrojezca (síndrome de rubor). Al mismo tiempo, se producen síntomas violentos similares a la resaca (dolor de cabeza, temblores, malestar) .

Cuadro 1. Prevalencia de aldehído deshidrogenasa inactiva (ALDH2*) en diversas poblaciones étnicas .

Los síntomas idénticos se observan en los europeos con ALDH2 activo si la enzima se bloquea. Este efecto se puede inducir a voluntad con el preparado farmacéutico Antabuse®, un compuesto que bloquea completamente el ALDH2. La sacudida ascendente resultante en la concentración de acetaldehído, con sus síntomas de resaca graves acompañantes, afecta a los adictos a las drogas en la etapa de abstinencia que están en tratamiento, después de cualquier indulgencia con el alcohol.

Del mismo modo, después de saborear un plato que contiene el hongo Coprinus atramentarius, generalmente conocido como la «tapa de tinta común» o «la perdiz de tippler», uno debe, durante los próximos tres días, evitar estrictamente todas las bebidas alcohólicas (Fig. 4). De lo contrario, después de solo unos minutos, se desarrollarán síntomas importantes de resaca, como enrojecimiento, palpitaciones cardíacas y pulso elevado, dolor de cabeza, náuseas, vómitos, ataques de sudoración y temblor de las extremidades. Los casos especialmente graves pueden incluso provocar un colapso . Este cuadro clínico se conoce como síndrome de Coprino. Puede persistir durante varias horas, aunque hasta el momento no se han registrado casos de muerte.

Figura 4. Síndrome de coprino.

La causa del síndrome de Coprino es un aumento considerable de la concentración de acetaldehído en sangre debido a un componente del hongo que bloquea la oxidación del acetaldehído a ácido acético. Los síntomas observados son idénticos a los observados después de la ingesta de alcohol durante el tratamiento con Antabuse (disulfiram) . El culpable puede ser la coprina, N5-(1-hidroxiciclopropil)-L-glutamina (2), que se ha aislado de este hongo . Más recientemente se ha demostrado que no es la propia coprina la que bloquea la aldehído deshidrogenasa ALDH2, induciendo así los síntomas, sino más bien uno de sus metabolitos, probablemente 1-aminociclopropanol (3) o el hidrato de ciclopropanona (4) .

2.2 Cambios metabólicos adicionales

El etanol y su degradación, que se produce a una velocidad vertiginosa, conducen a cambios fisiológicos que persisten mucho más allá del período de intoxicación. Desde un punto de vista químico, el etanol es un agente reductor rico en calorías, cuyo procesamiento consume cantidades considerables del agente oxidante NAD+ y reduce la relación NAD+/NADH de 4:1 a 2:1. Esta disminución del potencial de oxidación de la célula causa una alteración masiva y de largo alcance en el metabolismo, por ejemplo, una disminución en la síntesis de glucosa, acumulación de ácido láctico, aumento de la producción de lípidos y disminución de la degradación de grasas y proteínas.

La disminución de la síntesis de glucosa, a su vez, reduce el nivel de azúcar en la sangre, con la consiguiente debilidad física general. En el caso de un diabético acostumbrado a la medicación, esto puede producir la temida hipoglucemia. Mientras tanto, la acumulación de ácido láctico puede disminuir el pH de la sangre por debajo de 7,36 (acidosis).

El aumento de la síntesis de ácidos grasos junto con la disminución del metabolismo de lípidos (grasas) y proteínas conduce a la deposición de grasas y proteínas en el hígado. Este es un proceso reversible en el caso de abuso ocasional de alcohol, pero en una situación crónica conduce directamente al» hígado graso», que junto con un mayor daño inducido por el alcohol al metabolismo hepático puede terminar en cirrosis hepática o carcinoma.

Sin embargo, el consumo de etanol no solo está sujeto a desventajas. La concentración plasmática de colesterol HDL («colesterol bueno») aumenta y la capacidad de coagulación de la sangre disminuye. Ambos ofrecen protección contra ataques cardíacos y accidentes cerebrovasculares, lo que puede ayudar a explicar la menor prevalencia de enfermedades circulatorias mortales en ciertos países mediterráneos (dieta mediterránea). En algunos casos, sin embargo, el vino tinto se consume en cantidades tan grandes que, aunque las enfermedades coronarias y los accidentes cerebrovasculares son menos comunes, las enfermedades hepáticas, desde el hígado graso hasta el carcinoma, son aún más comunes.

Como siempre, adaptado libremente de Paracelso, la moderación probablemente representa la media dorada.

• La química de la Resaca-la Parte del alcohol y sus Consecuencias 1

► Lea más sobre la química de una resaca en la parte 3

K. Roth, Chem. Unserer Zeit 2005, 39, 348. DOI: 10.1002 / ciuz.200590067

Detalles de la estructura y el mecanismo catalítico de la oxidación del etanol con ADH: www.chemie.tu-darmstadt.de/akplenio/moproc/zink/alkoholdehydrogenase / ADH_start.htm

C. S. Lieber, New Engl. J. Med. 1973, 288, 356. DOI: 10.1056 / NEJM197302152880710

Hsu et al., Proc. Natl. Acad. Sci. 1985, 82, 3771. Link

H. W. Goedde, D. P. Argawal, Alcoholism, Pergamon Press, Nueva York, 1989.

D. Crabb et al., J. Clin. Invertir. 1989, 83, 314. DOI: 10.1172 / JCI113875

T. L. Wall et al., J. Stud. Alcohol 2000, 61, 13. Link

D. Michelot, Natural Toxins 1992, 1, 73. DOI: 10.1002 / nt.2620010203

G. M. Hatfield, J. P. Schaumberg, Lloydia 1975, 38, 489. PMID: 1241098

P. Lindberg et al., Química. Comm. 1975, 946. DOI: 10.1039 / C39750000946

P. Lindberg et al., J. Chem. Soc. Perkin I 1977, 684. DOI: 10.1039 / P19770000684

J. S. W. Wiseman, R. H. Abeles, Bioquímica 1979, 18, 427. DOI: 10.1021 / bi00570a006

K. Roth, Chem. Unserer Zeit 2004, 38, 426. DOI: 10.1002 / ciuz.200490092

Prof. Klaus Roth

Freie Universität Berlin, Alemania.

El artículo se ha publicado en alemán en:

• Chem. Unserer Zeit, 2007, 41, 46-55.
  DOI: 10.1002 / ciuz.200700409

y fue traducido por W. E. Russey.

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