El metabolismo

Todos los organismos requieren de energía para realizar sus procesos vitales, como crecer y desarrollarse, dividirse, formar nuevas moléculas y desplazarse de un lado a otro. Para que esto sea posible, se necesita un mecanismo que les permita aprovechar la energía que proporcionan los alimentos.

En las células se dan procesos químicos que intervienen en la transformación de energía.

Enzimas: especificidad

Las enzimas son tan específicas que cada una actúa con una molécula y en un sitio en particular, lo cual varía de acuerdo a las características tanto de la enzima como del sustrato en el que se encuentre.

En base a las características propias de las enzimas y los sustratos con los cuales trabajan, se han establecido dos modelos de unión enzima-sustrato:

• Modelo de llave-cerradura: existe una similitud geométrica entre la enzima y el sustrato, ya que estos se acoplan perfectamente en el sitio de unión o sitio activo.

• Modelo de ajuste inducido: la enzima debe modificar su forma por completo para que sus sitios activos se acoplen a la forma que presenta el sustrato.

Por ejemplo, cuando se tiene una cadena de dos aminoácidos (sustrato) y se requiere reducirla (producto), el organismo utiliza una enzima (catalizador). Con la ayuda de energía en forma de ATP (adenosín trifosfato) se generará la ruptura, obteniendo dos moléculas de aminoácidos separadas.

Proceso metabólico

Puede seguir dos vías totalmente independientes y diferentes entre sí:

• Catabolismo o reacción exergónica: son reacciones químicas que permiten liberar energía. En estas se produce la degradación o ruptura de los enlaces de las moléculas y de esta manera se libera energía al medio externo.

• Anabolismo o reacción endergónica: son reacciones químicas que requieren energía. Estas reacciones dan como resultado la síntesis y la producción de nuevas moléculas. Dicha energía la obtienen de las reacciones exergónicas.

Cuando las células liberan o absorben energía la almacenan en una molécula que tiene la propiedad de reservarla en gran cantidad, esta molécula es el ATP o adenosín trifosfato, formada por:

• Una base nitrogenada, la adenina.
• Una azúcar pentosa, la ribosa.
• Tres grupos fosfatos.

Estructura molecular del ATP

Forma estructural de la molécula de ATP.

El adenosín trifosfato es la molécula de reserva energética por excelencia, y aunque el azúcar aporte energía, en realidad son los grupos fosfato los que permiten que se presente esta propiedad. Esto se debe a que en los enlaces que poseen estos grupos, los oxígenos libres presentan gran electronegatividad, repeliéndose fuertemente, pero con sus enlaces unidos, lo que hace que el ATP sea altamente energético.

¿Cómo se forma la molécula de ATP?

Se produce en todas las células a través de un proceso llamado respiración celular, que es un conjunto de reacciones químicas cuyo objetivo es generar energía. Este proceso se realiza en las mitocondrias.

Mitocondrias: organelos abundantes en las células, que tienen forma ovalada y están conformados internamente por crestas mitocondriales.

Las biomoléculas que aportan mayor energía son los carbohidratos, aunque los lípidos y proteínas también lo hacen pero en menor cantidad, debido a las proporciones que deben incorporarse para una dieta equilibrada. La glucosa es un tipo de carbohidrato necesario para la respiración celular.

Glucosa

Su fórmula es C₆H₁₂O₆ y se compone por:

• 6 átomos de carbono.
• 12 átomos de hidrógeno.
• 6 átomos de oxígeno.

Cuando la glucosa ingresa al organismo,proveniente de alguna fuente alimenticia, principalmente los carbohidratos, se inicia en la mitocondria la respiración aerobia.

La respiración aerobia comienza con la oxidación de la glucosa o glucólisis en presencia de seis moléculas de oxígeno. Posteriormente ocurren dos procesos químicos que son:

El ciclo de Krebs que convierte el ácido pirúvico que se obtuvo en la glucólisis en acetil-CoA, que posteriormente se transforma en anhídrido carbónico.

La fosforilación oxidativa, en conjunto con la cadena transportadora de electrones, permite la obtención de 38 moléculas de ATP, más seis moléculas de dióxido de carbono y seis moléculas de agua.

Tasa metabólica

La tasa metabólica basal (TMB) es la cantidad de calorías que un organismo pierde en reposo (gasto energético en reposo o GER) sin la realización de alguna actividad que requiera de energía. Por ejemplo cuando estamos descansando, sentados o acostados.

El gasto energético se representa en kilocalorías (Kcal), una kilocaloría equivale a 1.000 calorías. La caloría es una unidad que indica la cantidad de energía que se requiere para aumentar la temperatura del agua en 1 °C.

La tasa metabólica en el ser humano señala el gasto de kilocalorías en reposo.

Para calcular la tasa metabólica se usa el método de Harris-Benedict, propuesto en el año 1919 por los investigadores en nutrición Arthur Harris y Francis Benedict. Este método es aceptado por la Organización de las Naciones Unidas para la Alimentación y la Agricultura y la Organización Mundial de la Salud.

Para calcular la tasa metabólica basal es necesario saber algunos datos: sexo, peso en kilogramos, estatura en centímetros y la edad. El método de Harris-Benedict da dos fórmulas específicas:

La fórmula para la mujer es: GER: 665 + (9, 6 x Peso) + (1,7 x Altura) – (4,7 x Edad)

La fórmula para el hombre es: GER: 66 + (13,7 x Peso) + ( 5 x Altura) – (6,8 x Edad)

¿Cómo se calcula?

Ejemplo: calculemos la tasa metabólica basal de un hombre cuyo peso, altura y edad se detallan a continuación.

Datos

Peso: 60 kg.
Altura: 1,75 m= 175 cm.
Edad: 24 años.

Fórmula para el hombre:

GER= 66 + (13,7 x Peso) + (5 x Altura) – (6,8 x Edad)

Sustituimos los valores:

GER= 66 + (13,7 x 60) + (5 x 175) – (6,8 x 24)

Luego de multiplicar los valores dentro de los paréntesis nos queda:

GER= 66 + 822 + 875 – 163,2

Sumando y restando nos quedaría la tasa metabólica o GER:

GER = 1599,8 Kcal.

Pérdida de calor y energía

El ser humano es homeotermo, es decir, posee la capacidad de mantener constante su temperatura corporal. Hay momentos donde perdemos calor, que es liberado en forma de energía. Nuestro cuerpo tiene una temperatura normal entre 36,5 °C y 37 °C aproximadamente.

Cuando el cuerpo produce calor se aumenta la temperatura, lo que se conoce como termogénesis.

Cuando a través de una reacción se rompen los enlaces de una molécula y se disipa calor se habla de una termólisis.

Hay varios medios por lo que se puede perder calor:

• Evaporación: es la pérdida de calor en forma de vapor de agua, en altas y bajas temperaturas. Un ejemplo es cuando estamos expuestos a bajas temperaturas, nuestro calor corporal se va perdiendo y empezamos a sentir frío.

• Conducción: es la pérdida de calor al estar en contacto con superficies a menores temperaturas. Por ejemplo, cuando vestimos con ropa húmeda nuestra piel cambia de temperatura, o cuando tomamos un trozo de hielo, la palma de la mano pierde calor.

Pérdida de calor por conducción a través del hielo.

• Convección: es la pérdida de calor a través de aire frío o el agua que entra en contacto con nuestro organismo, que permiten expulsar el calor hacia el medio exterior. Por ejemplo, cuando respiramos aire frío, el torrente sanguíneo pierde calor, cambiando de temperatura.

• Radiación: es la pérdida de calor por ondas electromagnéticas. En el humano, el torrente sanguíneo y los alimentos emiten radiaciones. El cuerpo intercambia energía con objetos del exterior por medio de rayos infrarrojos.

Imagen obtenida con una cámara infrarroja, que permite detectar las radiaciones emitidas por un cuerpo.