ANÁLISIS DE LAS INTERACCIONES ENTRE
INULINA, GLUCOSA Y MICROBIOTA INTESTINAL:
UN ENFOQUE DESDE LA QUÍMICA CUÁNTICA
APLICADA
ANALYSIS OF THE INTERACTIONS BETWEEN INULIN,
GLUCOSE, AND INTESTINAL MICROBIOTA: AN APPROACH
FROM APPLIED QUANTUM CHEMISTRY
Jesica Vianney Hernández Morales
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca, México
Nancy Beatriz Sánchez Barrientos
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca, México
Elí Hernández Jiménez
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca, México
Lizzet Karina Espinosa Ojeda
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca, México
Karla Elisa Valencia Rojas
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca, México
Diego Matheis Celis
Universidad Veracruzana, México
Manuel González Pérez
Universidad Tecnológica de Tecamachalco Enlace SECIHTI
Cecilia Vázquez González
Universidad Tecnológica de Tecamachalco
pág. 977
DOI: https://doi.org/10.37811/cl_rcm.v9i3.18512
Análisis de las Interacciones entre Inulina, Glucosa y Microbiota Intestinal:
un Enfoque desde la Química Cuántica Aplicada
Jesica Vianney Hernández Morales1
vianneym423@gmail.com
https://orcid.org/0009-0003-2184-6654
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca
Programa Delfín 2025
México
Nancy Beatriz Sánchez Barrientos
sanchez890beatriz@gmail.com
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca
Programa Delfín 2025
México
Elí Hernández Jiménez
lfrehf@gmail.com
https://orcid.org/0009-0001-1656-2679
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca
Programa Delfín 2025
México
Lizzet Karina Espinosa Ojeda
ojedalizzet381@gmail.com
https://orcid.org/0009-0008-9902-7882
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca
Programa Delfín 2025
México
Karla Elisa Valencia Rojas
karlavalenciarojas@gmail.com
https://orcid.org/0009-0003-6230-2098
Centro de Estudios Superiores de Tepeaca
Programa Delfín 2025
México
Diego Matheis Celis
bvdiegomatheiscelis@gmail.com
https://orcid.org/0009-0004-4779-890X
Universidad Veracruzana Facultad de Ciencias
Químicas
Programa Delfín 2025
México
Manuel González Pérez
dr.manuelgonzalezperez@gmail.com
https://orcid.org/0000-0001-8700-2866
Universidad Tecnológica de Tecamachalco
Enlace SECIHTI
Programa Delfín 2025
México
Cecilia Vázquez González
c.vazquez.gonzalez@personal.uttecam.edu.mx
https://orcid.org/0000-0002-4512-1119
Universidad Tecnológica de Tecamachalco.
Programa Delfín 2025
México
RESUMEN
La Inulina (INL) es una fibra soluble y no digerible que se encuentra presente en más de 36000 especies
de vegetales, principalmente en hortalizas como son la cebolla, el ajo, la alcachofa, el agave, entre otras,
como un polisacárido de reserva. Las moléculas objeto de estudio fueron construidas mediante el
software HyperChem. Los cálculos cuánticos se realizaron aplicando el método semiempírico SE-PM3
y para la optimización geométrica; con el objetivo de localizar el estado de menor energía de formación;
se empleó el algoritmo de gradiente conjugado de Polak–Ribiere. Los resultados arrojan que la INL es
un agente mayormente oxidante de los aminoácidos (AAs) del cuerpo humano y por lo tanto es poco
antioxidante; además los cálculos comparativos y curvas de Morse con nos dan un resultado de que la
glucosa (GLU) en exceso oxida a la INL. Como conclusión general hallamos que la inulina es bloqueada
en forma oxidativa por la GLU en exceso.
Palabras clave: inulina, glucosa, microbiota intestinal, química cuántica, Hyperchem
1
Autor principal.
Correspondencia: dr.manuelgonzalezperez@gmail.com
pág. 978
Analysis of the Interactions between Inulin, Glucose, and Intestinal
Microbiota: An Approach from Applied Quantum Chemistry
ABSTRACT
Inulin (INL) is a soluble, non-digestible fiber found in more than 36,000 plant species, primarily in
vegetables such as onion, garlic, artichoke, and agave, among others, as a reserve polysaccharide. The
molecules under study were constructed using HyperChem software. Quantum calculations were
performed using the semiempirical SE-PM3 method, and the Polak–Ribiere conjugate gradient
algorithm was used for geometric optimization to locate the state with the lowest formation energy. The
results show that INL is primarily an oxidizing agent of amino acids (AAs) in the human body and is
therefore a poor antioxidant. Comparative calculations and Morse curves indicate that excess glucose
oxidizes INL. As a general conclusion, we find that inulin is blocked oxidatively by excess glucose.
Keywords: inulin, glucose, gut microbiota, quantum chemistry, Hyperchem
Artículo recibido 22 mayo 2025
Aceptado para publicación: 27 junio 2025
pág. 979
INTRODUCCIÓN
La INL es una fibra soluble y no digerible que se encuentra presente en más de 36000 especies de
vegetales, principalmente en hortalizas como son la cebolla, el ajo, la alcachofa, el agave, entre otras,
como un polisacárido de reserva. (Qin, Wang et al., 2023) La INL se usa ampliamente en los alimentos
procesados como un reemplazo de grasa o azúcar o para impartir características deseables y solo
proporciona 25-35% de energía en comparación con los carbohidratos digeribles. (Shoaib, et al., 2016)
Se encuentra compuesta principalmente por cadenas lineales de unidades de fructosa unidas mediante
enlaces β-(2→1), y generalmente terminadas por una molécula de GLU. Su fórmula empírica puede
representarse como ((C6 H10 O5)n), donde n varía según la longitud de la cadena, que puede ir de 2 hasta
más de 60 unidades. (Madrigal y Sangronis., 2007)
La INL posee distintas propiedades, es rica en fibra lo que hace que pase por el tracto gastrointestinal
sin digerirse, como prebiótica en el colón ya que es fermentada selectivamente por la microbiota de
forma beneficiosa, se transforma en ácidos grasos de cadena corta (como acetato, propionato y butirato),
lactato, gases y sustrato bacteriano además es baja en grasas y azúcares. (Shoaib, et al., 2016).
Microbiota intestinal
Los fructanos del tipo INL son fibras de uso común que se consideran prebióticas por su capacidad al
ser utilizadas por la microbiota intestinal confiriendo beneficios a la salud, según estudios realizados en
poblaciones adultas sanas sugieren que tiene un efecto prebiótico en la microbiota intestinal,
promoviendo la abundancia de Bifidobacterium, Lactobacillus y Faecalibacterium prausnitzii sin
ocasionar efectos dañinos a la salud, se encontró en otros estudios que la abundancia de Bacteroides se
ha visto aumentada en algunos estudios, disminuida en otros y en caso del Clostridium mostró
descensos, aumentos o estabilidad según los casos, además de que proporciona efectos como una mejor
función de la barrera intestinal, una mejor laxación lo que se comprobó a través de un ensayo con 6,4
g/día de scFOS redujo significativamente el tiempo de tránsito y aumento la frecuencia de deposiciones,
se encontró que también ocasiona un aumento significativo de las flatulencias en 19 de 37 estudios
realizados además de que pueden presentarse síntomas como dolor abdominal y distención dependiendo
de la dosis estos tienden a disminuir con el tiempo reflejando adaptación a la suplementación con INL.
(Hughes RL., el al., 2022)
pág. 980
Metabolismo lipídico
Los fructanos de tipo INL por su efecto prebiótico al estimular selectivamente el crecimiento o actividad
de ciertas bacterias intestinales tienen cierta eficacia en la reducción de lípidos en sujetos con
hiperlipidemia pero sin efectos en individuos normolipidemicos ya que se observa menor actividad y
expresión (–40 % de ARNm) de enzimas clave de la síntesis de ácidos grasos (acetil-CoA carboxilasa,
FAS, enzima málica, ATP-citratoliasa y G6PDH), además en el catabolismo lipídico incrementan la
lipoproteína lipasa muscular (↑70 % de ARNm), favoreciendo la hidrólisis de triglicéridos circulantes y
reduciendo su péptido aterogénico. Además, al fermentar la microbiota intestinal educe el pH intestinal,
precipitando ácidos biliares y aumentando su eliminación, cambia la proporción de conjugados de bilis
aumentando la glicina y disminuyen tauro-CDCA, lo que estimula síntesis hepática de sales y depleción
de colesterol. Además, incrementa los ácidos grasos de cadena corta ocasionando que el propionato,
butirato y acetato inhiban la lipogénesis y la HMG-CoA reductasa, favoreciendo la redistribución
hepática de colesterol y estimulan la producción de hormonas saciogénicas y la homeostasis
glucolipídica. (Reis SA., ET AL., 2015)
Glucemia
La diabetes mellitus II es una enfermedad la cual su prevalencia sigue aumentando significativamente
a un rito agigantado, además de que existen diversas patologías que son importantes factores de riesgo
para el desarrollo de la misma entre ellas la más importante es la obesidad que ocasiona resistencia a la
insulina en el hígado, células musculares y tejido adiposo, esto empeora con las dietas de alto índice
glucémico y alimentos enriquecidos con sacarosa los cuales pueden agravar la incidencia de episodios
de disglucemias. Diversos estudios han demostrado que el consumo de una dieta rica en fibra ralentiza
la absorción de GLU, de modo que el azúcar se libera de manera más pausada en el organismo, lo que
puede disminuir los niveles de insulina posprandial. Por lo que el papel de la INL y los
fructooligosacáridos han demostrado ser eficaces para estabilizar la respuesta glucémica, en
experimentos realizados en ratas diabéticas fue estudiada administrando una dieta que contenía polvo
de alcachofa de Jerusalén en proporciones del 5, 10 y 15 %, donde se logró comprobar que tiene un
efecto en la disminución significativa de la glucemia en todos los grupos. (Ahmed W, Rashid S., 2019)
Sin embargo, según estudios realizados en humanos el efecto de la INL sobre el control glucémico solo
pág. 981
se demostró en pacientes diagnosticados con diabetes mellitus II, aun así, no existe información
suficiente al respecto. (Liu F., et al., 2017)
Por lo cual con este artículo se pretende comprobar el efecto de la INL, sobre los niveles de glucemia y
la microbiota intestinal utilizando química cuántica, para así corroborar si realmente tiene efectos sobre
la disminución de los niveles de glucemia, y así considerarse como posible tratamiento alternativo para
la hiperglucemia.
METODOLOGÍA
Las moléculas objeto de estudio fueron construidas mediante el software HyperChem. Los cálculos
cuánticos se realizaron aplicando el método semiempírico SE-PM3, y para la optimización geométrica
—con el objetivo de localizar el estado de menor energía de formación— se empleó el algoritmo de
gradiente conjugado de Polak–Ribiere. Se determinaron los niveles energéticos HOMO y LUMO, así
como los valores de E⁻ y E⁺, a partir de los cuales se derivaron tanto la banda prohibida como el potencial
electrostático, cuyos datos se presentan en las tablas correspondientes. Como resultado final del análisis
computacional, se obtuvo el coeficiente de transferencia electrónica (CTE), expresado en unidades del
radio de Bohr (a₀). Las ecuaciones utilizadas —derivadas de la ecuación de Schrödinger— no se
incluyen por motivos de espacio y por considerarse de conocimiento general en la comunidad científica.
Los valores calculados del CTE se interpretaron como constantes de acoplamiento vibracional entre
pares moleculares seleccionados de AAs, organizados en combinaciones binarias tanto para el eje AAs
como para el Inulina. (González-Pérez, 2017; Sánchez-Parada et al., 2017; Aparicio-Razo et al., 2017)
RESULTADOS Y DISCUSIÓN
En la figura 1 se muestran los CTEs de cada uno de los AAs puros. La INL tiene un CTE = 45.460 a0.
Esto significa que la INL supera a todos con la longitud del resorte cuántico de vibración. Ocupa el lugar
número 21 del pozo cuántico.
La interpretación de este fenómeno es que la INL puede conservar mayor energía cinética que potencial.
En el cuerpo humano, es más probable que sea una sustancia de acción no prolongada.
En cambio, la Arg es una AA que tiene mucha energía potencial y poca energía cinética. Este fenómeno
hace que la Arg sea de acción prolongada, cuando está suelta en el sistema. Debe presentar alta afinidad
química, con los otros AAs.
pág. 982
Figura 1. Comparación de los CTE de los AAs puros (a0)
En la figura 2 se presenta la caracterización de la molécula de INL.
A) Se presenta la molécula de INL pura: O = rojo, C = Cian, H = blanco.
B) Se muestra la nube del potencial electrostático de acuerdo a la química clásica. rojo = negativo,
verde = neutro, azul = positivo.
C) Vemos la nube de HOMO. Verde = espacio arriba del plano de referencia, violeta = espacio
debajo del plano de referencia. Espacio con exceso de electrones.
D) Vemos la nube de LUMO. Verde = espacio arriba del plano de referencia, violeta = espacio
debajo del plano de referencia. Espacio con déficit de electrones.
pág. 983
Figura 2. Caracterización cuántica de la INL
A) Molécula de INL
C) Nube Electrónica HOMO
La figura 3 se trata de un histograma que representa la interacción oxido reducción. En la gráfica de
barras en el eje de las x representa 4 cuartiles. El eje de las y representa el número de interacciones
posibles. En el primer cuartil se muestra el fondo del pozo cuántico, por lo tanto, se observan las
interacciones más fuertes y probables. Por lo que no se observa oxidación en el cuartil 1 (barra naranja),
esto quiere decir que no tiene actividad oxidante probable fuerte. La reducción más fuerte se muestra en
el cuartil 4, esto quiere decir que tampoco es antioxidante. En general, la INL no presenta ni oxidación
pág. 984
ni antioxidación en los AAs; o se da este fenómeno con los AAs en forma muy moderada. Pero en una
sobre dosis pueden entrar en función los cuartiles 3 y 4, que son los que presentan REDOX.
Figura 3. INL vs AAs. Histograma del número de interacciones por cuartiles
La tabla 1 contiene 10 columnas, en la primera columna se señala el nivel del pozo cuántico. En las
columnas 2 y 3 se presentan la relación Redox. De la columna 4 a la 9 se presentan los valores cuánticos
calculados según la metodología. La última columna muestra el CTE de cada sustancia.
En el nivel 1(filas del pozo cuántico) localizamos la interacción de la INL como oxidante (izquierda) de
la Arginina (derecha). Sucede algo parecido hasta el nivel 5, Histidina, Metionina, Triptófano y Tirosina
respectivamente. En el nivel 6 del pozo cuántico localizamos a la INL como antioxidante (izquierda)
del Ácido aspártico (derecha).
Tabla 1. Interacciones REDOX cuánticas moleculares de la INL y los AAs
0 0
4
17
0
2
8
11
45
7
5
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
1 2 3 4
Número de interacciones
Número de cuartiles
Reducción Oxidación PURAS
No.
Reductor
Oxidante
HOMO
LUMO
BP
E-
E+
EP
CTE
41
INL
Val
-10.808
0.931
11.740
-0.103
0.109
0.212
55.375
40
INL
Leu
-10.808
0.922
11.730
-0.103
0.130
0.233
50.345
39
INL
Ala
-10.808
0.749
11.558
-0.103
0.132
0.235
49.181
38
INL
Phe
-10.808
0.283
11.092
-0.103
0.127
0.230
48.225
37
INL
INL
-10.808
1.193
12.001
-0.103
0.161
0.264
45.460
36
INL
Gly
-10.808
0.902
11.710
-0.103
0.159
0.262
44.695
35
INL
Cys
-10.808
-0.236
10.573
-0.103
0.140
0.243
43.510
34
Glu
INL
-10.374
1.193
11.567
-0.111
0.161
0.272
42.526
33
INL
Trp
-10.808
0.133
10.941
-0.103
0.155
0.258
42.407
32
Ser
INL
-10.156
1.193
11.349
-0.108
0.161
0.269
42.191
31
Asp
INL
-10.370
1.193
11.563
-0.118
0.161
0.279
41.444
30
INL
His
-10.808
0.503
11.312
-0.103
0.171
0.274
41.283
29
INL
Ile
-10.808
0.972
11.780
-0.103
0.188
0.291
40.481
28
INL
Thr
-10.808
0.832
11.640
-0.103
0.191
0.294
39.593
pág. 985
En la tabla 2 se muestra la interacción redox de las sustancias GLU vs INL. En color rojo se observa la
interacción oxidante de la INL y de color azul la interacción antioxidante de esta misma.
Tabla 2. Comparación del REDOX de la GLU y la INL
La figura 4 nos muestra un esquema de rayas y puntos de los 4 fondos de los pozos cuánticos en acción.
La raya punteada superior nos indica la interacción de INL. La línea punteada de abajo nos indica la
interacción de GLU. El punto rojo muestra la interacción oxidante de la INL y el punto azul la
interacción antioxidante da la INL.
La zona del fondo, hace referencia de la zona de mayor energía potencial y probabilidad que ocurra una
interacción, en otras palabras, mayor afinidad. La zona de en medio se refiere a una afinidad media y la
zona de arriba nos indica afinidad muy baja.
27
INL
Pro
-10.808
0.792
11.600
-0.103
0.191
0.294
39.457
26
INL
Lys
-10.808
0.943
11.751
-0.103
0.195
0.298
39.433
25
Gln
INL
-10.023
1.193
11.216
-0.124
0.161
0.285
39.354
24
INL
Gln
-10.808
0.755
11.563
-0.103
0.192
0.295
39.198
23
Thr
INL
-9.896
1.193
11.089
-0.123
0.161
0.284
39.047
22
Asn
INL
-9.929
1.193
11.122
-0.125
0.161
0.286
38.888
21
Ala
INL
-9.879
1.193
11.072
-0.124
0.161
0.285
38.848
20
INL
Asn
-10.808
0.644
11.453
-0.103
0.193
0.296
38.691
19
Ile
INL
-9.872
1.193
11.065
-0.128
0.161
0.289
38.287
18
Val
INL
-9.914
1.193
11.107
-0.131
0.161
0.292
38.037
17
INL
Ser
-10.808
0.565
11.373
-0.103
0.198
0.301
37.785
16
Leu
INL
-9.645
1.193
10.838
-0.126
0.161
0.287
37.764
15
INL
Arg
-10.808
0.558
11.366
-0.103
0.199
0.302
37.637
14
INL
Tyr
-10.808
0.293
11.101
-0.103
0.193
0.296
37.503
13
Phe
INL
-9.553
1.193
10.746
-0.126
0.161
0.287
37.442
12
Cys
INL
-9.639
1.193
10.832
-0.129
0.161
0.290
37.351
11
Gly
INL
-9.902
1.193
11.095
-0.137
0.161
0.298
37.233
10
Lys
INL
-9.521
1.193
10.714
-0.127
0.161
0.288
37.200
9
INL
Met
-10.808
0.145
10.954
-0.103
0.192
0.295
37.131
8
INL
Glu
-10.808
0.438
11.247
-0.103
0.201
0.304
36.996
7
Pro
INL
-9.447
1.193
10.639
-0.128
0.161
0.289
36.815
6
INL
Asp
-10.808
0.420
11.229
-0.103
0.204
0.307
36.575
5
Tyr
INL
-9.056
1.193
10.249
-0.123
0.161
0.284
36.088
4
Trp
INL
-8.299
1.193
9.491
-0.112
0.161
0.273
34.767
3
Met
INL
-9.062
1.193
10.255
-0.134
0.161
0.295
34.762
2
His
INL
-9.307
1.193
10.500
-0.169
0.161
0.330
31.819
1
Arg
INL
-9.176
1.193
10.369
-0.165
0.161
0.326
31.807
HOMO = Orbital de valencia más ocupado por los electrones (eV). LUMO = Orbital de valencia menos ocupado
por los electrones (eV). BG = Banda prohibida (eV). E = Polos electrostáticos (eV/a0). PE = Potencial
Electrostático (eV/a0). CTE = Coeficiente de Transferencia de Electrones (a0). (a0) = Radios de Bohr
DATA
Nombre
Reductor
Oxidante
HOMO
LUMO
Bg
d-
d+
EP
CTE
SD25
GLU
GLU
GLU
-11.02
2.128
13.148
-0.116
0.169
0.285
46.1333333
SD25
INL
INL
INL
-10.808
0.931
11.740
-0.103
0.109
0.212
55.375
Opción 1
GLU:INL
GLU
INL
-11.02
0.9311865
11.9511865
-0.116
0.109
0.225
53.1163844
Opción 2
INL:GLU
INL
GLU
-10.80841
2.128
12.93641
-0.103
0.169
0.272
47.5603309
pág. 986
Para este caso, se observan los dos puntos en la zona media (moderada) pero; el punto rojo se ubica más
abajo que el punto azul. Este fenómeno, aunque sea de acción moderada, nos indica que la GLU oxida
a la INL.
Figura 4. Fondo de los pozos cuánticos interacción INL vs GLU. REDOX
Buscando mayor claridad en este fenómeno de oxidación de la GLU a la INL (punto rojo), hicimos un
análisis de las vibraciones de cada enlace molecular para poder decir asegurar qué interacción o enlace
molecular es el más viable.
En la figura 5 se presentan las curvas paramétricas de Morse. Las longitudes de los resortes cuánticos o
CTE fueron tomadas de la tabla 2. En esta gráfica se enfatiza que la curva de la interacción GLU:INL
es la más profunda (enlace más energético potencial) de todas.
Dentro del marco vibracional propuesto por la función de Morse, la rigidez de un enlace químico se
cuantifica mediante la constante de fuerza, un parámetro que expresa su capacidad para resistir
deformaciones mecánicas. Un valor elevado de esta constante implica que se requiere mayor energía
para modificar la longitud del enlace, lo cual se manifiesta en una frecuencia vibracional más alta del
sistema molecular.
Cada interacción muestra:
Su valor de ( r_e ) convertido a Ángstroms, el parámetro ( a ) estimado para comparar rigidez del enlace
La energía de disociación ( D_e ) usada como referencia común, leyendas codificadas por color, la
53,11638444
47,56033088
45
47
49
51
53
55
57
59
0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5
Longituddel resorte cuántico en a0
Fondo de los pozos cuánticos
pág. 987
ecuación de Morse destacada para facilitar análisis teórico.
Interpretación:
• Cada curva muestra cómo varía la energía potencial cuando la distancia entre las moléculas
cambia.
• El mínimo de la curva representa el estado de equilibrio: allí el enlace es más estable.
• Curvas más estrechas indican enlaces más rígidos (mayor constante de fuerza).
• Curvas más profundas reflejan interacciones más fuertes (requieren más energía para romperse).
En un sistema individual no hay V < 0, pero en las curvas paramétricas si se pueden comparar (V < 0).
En este caso la curva de la interacción “INL-GLU”, el punto de inflexión llega hasta -5.5 eV. Esto quiere
decir que relativamente la interacción Insulina-GLU es la más estable de todas.
En otras palabras, dentro de los estados estables de cada par de interacciones (4 en este caso) el INL-
GLU es el más estable de los estables.
Figura 5. Curvas paramétricas vibracionales de enlace molecular de cada par.
CONCLUSIONES
Objetivos
Analizar las interacciones entre INL, GLU y microbiota intestinal: con un enfoque desde la química
cuántica aplicada.
Hipótesis
pág. 988
La INL oxida o reduce a los AAs del cuerpo humano.
La GLU en exceso oxida a la INL, provocando un bloqueo que afecta a la microbiota intestinal.
Tesis
La INL es un agente mayormente oxidante de los AAs del cuerpo humano. Figura 3 y tabla 2. Es poco
antioxidante.
Si, la GLU en exceso oxida a la INL. Tabla 2, figuras 4 y 5.
Corolarios. Hallazgos no enunciados en el objetivo y las hipótesis
Como sustancias puras, sin interaccionar; La INL presenta mucha energía cinética y poca afinidad con
los AAs del cuerpo humano. Figura 1.
La función de Morse nos indica que por energía potencial, la interacción INL:GLU es la más estable.
Con este fenómeno se demuestra que la GLU si oxida a la INL, cuando está en exceso. De esta manera
causa problemas en la microbiota intestinal.
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