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Artículos para Profesionales

Mecanismo de acción de los edulcorantes
Por: Dra Nimbe Torres y Torres
         L. en Nutr. Miriam Aguilar López

         Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición “Salvador Zubirán”

Edulcorantes

Un substituto de azúcar es un aditivo de alimentos que incrementa el efecto de sabor dulce, generalmente con menor aporte de energía. Algunos substitutos de azúcar son naturales y algunos son sintéticos. Los sintéticos se denominan edulcorantes artificiales o edulcorantes no calóricos.

Originalmente, los edulcorantes fueron diseñados para limitar el consumo de azúcar en pacientes con diabetes. Posteriormente el uso de edulcorantes aumentó debido al hecho de estar asociado con una figura mas delgada y actualmente se ha asociado su consumo con la idea de no ganar peso. Sin embargo existen controversias sobre el uso de estos edulcorantes artificiales.

Es importante tanto para la industria de alimentos, para los científicos en alimentos y para el consumidor, el conocer los mecanismos de acción de los edulcorantes y de cómo interactúan las moléculas que producen dulzor con los receptores del sabor dulce y cómo se desencadenan diferentes señales que se disparan en cascada al estimular al receptor. Este conocimiento ayudará al desarrollo de nuevos edulcorantes, aplicables en nuevos alimentos bajos en calorías, aumentando el potencial de tener una población más sana.

Actualmente se cuenta con siete edulcorantes no nutritivos aprobados por la legislación de varios países: Sacarina, sucralosa, aspartame, acesulfame K, extracto de fruta luo han guo, neotame y stevia.

Mecanismo de acción de los edulcorantes

La percepción del dulce empieza en la lengua y el paladar suave donde los receptores del gusto interactúan con los alimentos o bebidas. Cuando los diferentes sabores entran en contacto con el receptor localizado en la superficie de las células del sabor (TRCs), se activan neuronas sensoriales locales que se proyectan a las áreas del cerebro que procesan e interpretan la información sensorial. Estas células que contienen el receptor para el dulce están organizadas dentro de las papilas que se encuentran en la lengua. La detección del sabor dulce se lleva a cabo por los receptores del sabor (TR de sus siglas en inglés taste receptor). Dentro de los TR se encuentran los T1Rs (T1R1, T1R2 y T1R3) y los T2Rs (5). Los receptores T1R2 y T1R3 se encuentran como un complejo en el paladar de los mamíferos por eso algunos edulcorantes naturales o artificiales activan 1 o 2 receptores.

Los edulcorantes naturales y artificiales activan de manera diferente los receptores del sabor (6, 7). Estos receptores acoplados a proteínas G (GPCR de sus siglas en inglés G-protein-couples receptors), existen como un heterodímero de las subunidades TIR2 y T1R3. Los TRs pueden estar ensamblados en diferentes combinaciones de T1R1, T1R2 y T1R3. Las proteínas G están formadas por subunidades α, β y γ. El receptor GPCR para el sabor dulce está compuesto de tres dominios: 1) un dominio amino terminal o “N” o “Venus fly trap” o “VFTD” o “NTD”; 2) un dominio rico en cisteína (CRD) y 3) un dominio transmembrana de 7 hélices (7TM). El dominio CRD actúa como un puente entre el NTD y 7TM, Figura 1.

Todos los compuestos que proporcionan un sabor dulce se unen y activan al receptor T1R2+T1R3. Sin embargo, no todos los edulcorantes se unen a los mismos sitios sobre el receptor. Los azúcares naturales y artificiales (por ejemplo sacarosa, glucosa y sucralosa) se unen al dominio VFT de T1R2 y T1R3, mientras que los edulcorantes dipéptidos (por ejemplo el aspartame y el neotame) se unen solamente al dominio VFT de T1R2. El ciclamato se une al dominio transmembranal de 7 hélices de T1R3.

Aunque T1R se identificó primero en la boca, actualmente se sabe que T1R2 y T1R3 están expresados en las células endócrinas del tracto gastrointestinal, donde pueden contribuir a la detección de la glucosa, la liberación de hormonas de la saciedad tales como el péptido semejante al glucagón (GLP-1 de sus siglas en inglés glucagon like peptide), la expresión de transportadores de glucosa y el mantenimiento de la homeostasis de glucosa. Aunque las contribuciones de estos mecanismos permanecen inciertas, muchas pueden actuar para modular el sabor dulce (8).

Receptores para el sabor dulce

La combinación de T1R2+T1R3 constituye la recepción del sabor dulce. Los receptores T1R2+3 reconocen azúcares como la sacarosa, la fructosa, los edulcorantes artificiales como la sacarina, el acesulfame-K, la dulcina, los D-aminoácidos e incluso las proteínas dulces. Aunque ambas subunidades exhiben afinidad por la sacarosa y la glucosa, T1R3 se une mas fácilmente a la sacarosa, mientras que T1R2 se une mas fácilmente a la glucosa. Cada receptor presenta zonas discretas que participan en la unión a un saborizante específico. Los receptores T1R son el principal factor determinante en las preferencias de sabor específicas (9). Por ejemplo el aspartame y el neotame se unen a el monómero T1R2, mientras que el ciclamato se une a T1R3.

Figura 1. Receptores activados por edulcorantes naturales o artificiales

Si las concentraciones de edulcorantes artificiales aumentan, la percepción de sabor pasa de agradable (dulce) a desagradable (amargo/metálico), este fenómeno está dado por la activación de los receptores acoplados a proteínas G (GPCRs). A bajas concentraciones de edulcorantes se activan T1R2+T1R3 y a altas concentraciones de sacarina y acesulfame K se activan los sensores para el sabor amargo T2R43 para sacarina y T2R44 para acesulfame K. Los edulcorantes artificiales son detectados por el sistema gustativo por la vía dependiente de T1R3, mientras que T2R y TRPV1 son responsables de la respuesta aversiva a estas moléculas.

Transducción de señales del sabor dulce

La transducción de señales se refiere a la cascada de señales químicas que ocurren después de que un compuesto químico (ya sea un edulcorante natural o artificial) se une con el receptor y que finalmente lleva el mensaje al sistema nervioso para la percepción del sabor dulce en el cerebro.

Se han propuesto 2 modelos para la transducción de señales del sabor dulce por edulcorantes sacáridos o artificiales (10).

  1. Los edulcorantes sacáridos activan el GPCR, el cual activa la adenilato ciclasa (AC) generando AMPc. El AMPc actúa 1) directamente cerrando los canales de iones K+, y abriendo los canales de Ca2+ permitiendo la entrada de calcio lo que estimula la liberación de los neurotransmisores, o 2) indirectamente activando la protein cinasa (PKA), fosforilando los canales de potasio disparando la liberación de neurotransmisores.
  2. Los edulcorantes no sacáridos se unen a GPCR y posteriormente activan la fosfolipasa (PLCb2) generando IP3 y diacilglicerol (DAG), el cual induce la liberación de Ca2+ almacenado internamente. El Ca2+ liberado causa la despolarización de la célula y la liberación del neurotransmisor. El Ca2+ y los canales iónicos son cruciales para la transducción del sabor dulce.

Figura 2. Mecanismo de transducción de señales activadas por edulcorantes. Los edulcorante naturales como la sacarosa van a unir con mayor especificidad a los receptores T1R2 y T1R3 que están unidos a la proteína G, mientras que los edulcorantes artificiales como el aspartame va a activar solamente A T1R2. Los dos edulcorantes van activar diferentes vías de transducción con la finalidad de aumentar el Ca2+ intracelular y estimular la liberación de neutrotransmisores. La sacarosa va aumentar la entrada de calcio extracelular por medio de la vía de la adenilato ciclasa y el aspartame va aumentar la liberación de Ca2+ del retículo endoplásmico por la vía de insositol trifosfato.

Efecto de los edulcorantes artificiales sobre la transducción de señales

Se ha propuesto que los edulcorantes artificiales interfieren en las rutas de transducción de señales al interaccionar con ciertas proteínas inhibiendo su fosforilación como es el caso de la PKA retardando la señal de terminación y esto es evidente por el característico resabio persistente de algunos edulcorantes artificiales (6).

La percepción del sabor es compleja ya que intervienen otros factores como la concentración de papilas, el número y tipo de receptores del sabor y la variación individual, y la exposición al edulcorante (11).

Sin embargo estudios como El “San Antonio Heart Study” demostró que los adultos consumidores de bebidas endulzadas con edulcorantes artificiales tenían un índice de masa corporal (IMC) mas alto en un seguimiento de 7-8 años y los que consumían mas bebidas con edulcorantes artificiales ganaban mas de peso (1). Se ha también demostrado que el consumo de edulcorantes aumentó en los niños y adolescentes y disminuyó el consumo de leche en un 38% de 1971 a 1996 (12). Se ha reportado también que el consumo de refrescos dietéticos está asociado con ganancia de peso en niños (13). Por cada porción diaria de un refresco dietético el IMC aumentó 0.16 kg/m2. Estos estudios llegaron a la conclusión que los edulcorantes artificiales no ayudan a reducir el peso corporal cuando se consumen solos. También se concluye que el consumo de bebidas endulzadas con edulcorantes artificiales por 25 semanas no reduce el IMC (14). Se ha reportado que el consumo de aspartame fue asociado con una ingesta de energía total sugiriendo una sobrecompensación por la reducción de las calorías. El aspartame incrementa la sensación de hambre pero no reduce la sensación placentera de la sacarosa. Debido al inconsistente acoplamiento entre el sabor dulce y el contenido calórico puede dar lugar a una sobre-alimentación y un balance energético positivo. El consumo de azúcar, le da al cerebro una sensación de placer que no se la da el consumo de edulcorantes artificiales. Los edulcorantes artificiales no activan las rutas de recompensa de la misma manera que los edulcorantes naturales. Los edulcorantes naturales y artificiales activan ramas gustatorias diferentemente. Existe cada vez mas evidencia que sugiere que los edulcorantes artificiales no activan las vías de recompensa a los alimentos de la misma manera que los edulcorantes naturales. La carencia de la contribución calórica generalmente elimina el componente post-ingestivo. Esto quiere decir que después del consumo de estos edulcorante no existe una completa señal de recompensa hacia el cerebro, ya que los animales buscan el alimento para satisfacer el antojo por el dulzor, aun en la ausencia de la necesidad de energía. La carencia de una satisfacción completa es probablemente debido a una falla en activar el componente post-ingestivo. La reducción en la respuesta de recompensa puede contribuir al desarrollo de la obesidad.

No hay evidencia de que el consumo de edulcorantes artificiales ayude a la pérdida de peso en las personas (15) por lo contrario, se ha visto que por los receptores que activan hay una mayor absorción de los carbohidratos de la dieta. Otra vía por la cual las personas llegan a subir de peso con el consumo de estos productos es porque las kilocalorías ahorradas por la adición de edulcorantes artificiales son remplazadas por kilocalorías en forma de grasa (16). Sin embargo se ha visto que los edulcorantes artificiales son una buena opción para ayudar a mantener el peso perdido después de una disminución de éste (15).

Toda esta investigación nos lleva a preguntar si la creación de nuevos edulcorantes artificiales ayudará a tener una población mas sana. Un mundo en que la gente no pueda disfrutar el sabor dulce es difícilmente imaginable. Mas investigación es necesaria sobre los edulcorantes para cumplir este desafío.

Recomendaciones

No utilizar los edulcorantes artificiales como una opción para bajar de peso. Evitar el consumo de estos productos en las etapas críticas de la vida: embarazo, lactancia, lactantes y escolares si no hay necesidad de usarlos. Preferir el consumo de agua simple, seguido de agua de frutas agregando el mínimo de azúcar. Utilizar los edulcorantes artificiales en situaciones o enfermedades donde sean muy necesarios como en el caso de la diabetes. Si se busca bajar de peso, utilizar los edulcorantes artificiales junto a una restricción calórica, preferir carbohidratos complejos (como los almidones), reducir el consumo de alimentos altos en grasa, es decir desarrollar hábitos alimenticios donde se tomen en cuenta todos los componentes de la dieta. Estudios con otros nutrimentos como la sal o la grasa sin ningún substituto han demostrado que la reducción sistemática puede dar lugar a una preferencia por niveles más bajos de esos nutrimentos. La reducción sistemática de azúcar puede ser más efectiva para reducir el consumo de azúcar y revertir la epidemia de la obesidad

 

Referencias:

  1. Fowler SP, Williams K, Resendez RG, Hunt KJ, Hazuda HP, Stern MP. Fueling the obesity epidemic? Artificially sweetened beverage use and long-term weight gain. Obesity (Silver Spring). 2008;16:1894-900.
  2. Tappy L, Le KA. Metabolic effects of fructose and the worldwide increase in obesity. Physiological reviews. 2010;90:23-46.
  3. Malik VS, Popkin BM, Bray GA, Despres JP, Willett WC, Hu FB. Sugar-sweetened beverages and risk of metabolic syndrome and type 2 diabetes: a meta-analysis. Diabetes care. 2010;33:2477-83.
  4. Whitehouse CR, Boullata J, McCauley LA. The potential toxicity of artificial sweeteners. AAOHN journal : official journal of the American Association of Occupational Health Nurses. 2008;56:251-9; quiz 60-1.
  5. Dyer J, Daly K, Salmon KS, Arora DK, Kokrashvili Z, Margolskee RF, Shirazi-Beechey SP. Intestinal glucose sensing and regulation of intestinal glucose absorption. Biochemical Society transactions. 2007;35:1191-4.
  6. Meyers B, Brewer MS. Sweet taste in man: a review. Journal of food science. 2008;73:R81-90.
  7. Li X. T1R receptors mediate mammalian sweet and umami taste. The American journal of clinical nutrition. 2009;90:733S-7S.
  8. Fernstrom JD, Munger SD, Sclafani A, de Araujo IE, Roberts A, Molinary S. Mechanisms for sweetness. The Journal of nutrition. 2012;142:1134S-41S.
  9. Yamolinsky DA, Zuker CS, Ryba NJ. Common sense about taste: From Mammals to insects. Cell. 2009;139:234-42.
  10. Margolskee RF. Molecular mechanisms of bitter and sweet taste transduction. The Journal of biological chemistry. 2002;277:1-4.
  11. Reed DR, Tanaka T, McDaniel AH. Diverse tastes: Genetics of sweet and bitter perception. Physiology & behavior. 2006;88:215-26.
  12. Lustig DS, Peterson KE, Gortmaker SL. Relation between consumption of sugar-sweetened drinks and chilhood obesity: a prospective, observational analysis. Lancet. 2001;357:505-8.
  13. Berkey CS, Rockett HR, Field AE, Gillman MW, Colditz GA. Sugar-added beverages and adolescent weight change. Obesity research. 2004;12:778-88.
  14. Ebbeling CB, Feldman HA, Osganian SK, Chomitz VR, Ellenbogen SJ, Ludwig DS. Effects of decreasing sugar-sweetened beverage consumption on body weight in adolescents: a randomized, controlled pilot study. Pediatrics. 2006;117:673-80.
  15. Vermunt SH, Pasman WJ, Schaafsma G, Kardinaal AF. Effects of sugar intake on body weight: a review. Obesity reviews : an official journal of the International Association for the Study of Obesity. 2003;4:91-9.
  16. Mattes RD, Popkin BM. Nonnutritive sweetener consumption in humans: effects on appetite and food intake and their putative mechanisms. The American journal of clinical nutrition. 2009;89:1-14.