METABOLISMO ENERGETICO

FISIOLOGIA Y METABOLISMO ENERGETICO (como ejemplo las bacterias)

Todos los seres vivos animales o vegetales, respiramos o sea que llevamos a cabo un proceso de intercambio energético con el medio ambiente y eso nos convierte en «SISTEMAS SEMI-ABIERTOS» desde el punto de vista de la «TEORÍA DE SISTEMAS» desarrollada por Karl Ludwig von Bertalanffy  nacido en Viena en 1901 y fallecido en Búfalo Nueva York, en 1972 quien fue un biólogo y filósofo, reconocido fundamentalmente por esta teoría.

Las bacterias son seres vivos simples y nos sirven a la perfección para entender los procesos celulares de intercambio de energía que llamamos «SISTEMA RESPIRATORIO» y que es el que maneja el funcionamiento de nuestro propio organismo y la manera como aprovechamos o almacenamos la energía proveniente de los alimentos y eliminamos los desechos del metabolismo.

Primero debemos establecer ciertos principios básicos:

  1. Nuestro cuerpo está formado íntegramente por células y materias liberadas por las mismas células o sea que somos como una gran colonia organizada de organismos unicelulares formada por unas 40 BILLONES (millones de millones) de células.
  2. Como sistema semi-cerrado necesitamos estar en un medio adecuado y recibir de parte de ese medio el insumo frecuente de «NUTRIENTES»
  3. Igualmente necesitamos «DESINTOXICARNOS» de los productos de desecho del metabolismo y eliminarlos al medio.
  4. Los nutrientes que requerimos son de dos tipos:
    1. Alimentos que son aquellos nutrientes que nos aportan «ENERGÍA» a los que conocemos como «sustratos energéticos»
    2. Sustratos no energéticos que son todos los que nos ayudan en el proceso metabólico pero que no aportan Calorías como el oxígeno, el agua, las sales minerales, las vitaminas (la mayoría de ellas) y otros.
  5. No estamos solos o lo que es lo mismo, dentro de nuestro cuerpo viven miles de millones (unos 800 mil millones) de otros seres, bacterias y otros, que nos ayudan en el proceso de nutrirnos y excretar desechos y sin los cuales no podríamos sobrevivir.

Volviendo a las bacterias, éstas están compuestas por proteínas, polisacáridos, lípidos, ácidos nucleicos y otras sustancias las cuales forman las estructuras celulares más complejas, como la  membrana citoplasmática y nuclear, las organelas como el complejo de Golgi, el retículo endoplásmico y las mitocondrias, entre otras.

Una característica de los seres vivos es la capacidad para producir sus propios constituyentes a partir de sustancias simples que toman del medio externo y esa capacidad varía entre diferentes seres.

Por ejemplo, nosotros necesitamos vitaminas mientras que la mayor parte de las bacterias no las necesitan y eso se debe al complejo «PROCESO DE DIFERENCIACIÓN» que hemos sufrido a lo largo de la evolución que nos ha colocado como «SERES DEPENDIENTES» o sea que necesitamos una serie de compuestos «PRE-FORMADOS» o lo que es lo mismo somos «HETERÓTROFOS» y no podemos nutrirnos a partir de principios básicos como son el agua, el CO2 y el nitrógeno del aíre como si pueden las plantas fotosintéticas, sino que necesitamos comer otros seres vivos, plantas o animales, que ya han hecho ese trabajo por nosotros. En esa clasificación entramos con todos los llamados «ANIMALES SUPERIORES».

El crecimiento celular se define como el aumento ordenado de todos los constituyentes de la célula. Se trata de un proceso complejo, que supone la replicación de todas las estructuras y componentes celulares a partir de los nutrientes exógenos o del «RECICLAJE»  de los mismos componentes celulares. A este reciclaje le llamamos «TURN-OVER» por su nombre en inglés y es una parte fundamental en el entendimiento del sistema alimenticio de nuestro cuerpo.

El conocimiento de la fisiología y del metabolismo bacteriano nos permite conocer el modo de vida y el hábitat de diferentes especies de plantas y animales superiores y analizar en forma individual como procede el funcionamiento básico de cada una de las células que forman un ser humano.

El término metabolismo se refiere al conjunto de reacciones químicas que tiene lugar en la célula, y tiene 4 funciones específicas a saber:

  • obtener energía química del entorno,
  • almacenarla, para utilizar luego en diferentes funciones celulares,
  • convertir los nutrientes exógenos en unidades precursoras de los componentes macromoleculares de la célula,
  • formar y degradar moléculas necesarias para las tres funciones celulares específicas, como son
    • crecimiento,
    • reproducción y
    • realización de un trabajo.

El metabolismo tiene lugar a través de secuencias de reacciones ayudadas enzimáticamente, y se divide en ANABOLISMO Y CATABOLISMO.

ANABOLISMO  es el proceso por el cual la célula sintetiza sus propios componentes y como resulta en la producción de nuevo material celular, también se denomina biosíntesis .

CATABOLISMO  es el proceso contrario por medio del cual se destruyen los componentes celulares muchos de los cuales pueden ser REAPROVECHADOS y otros son simplemente descartados al ambiente por medio del sistema excretor.

La biosíntesis requiere energía, por lo tanto las células deben ser capaces de obtenerla de su entorno para su realización.

Esa energía llega a la célula por dos procesos fundamentales:

  • La alimentación.
  • La respiración celular.

Los procesos metabólicos ocurren simultáneamente en la célula, y así el metabolismo es el resultado colectivo de ambas reacciones. Las reacciones catabólicas resultan en la liberación de la energía química contenida en los nutrientes POR MEDIO DE OXIDACIÓN, mientras que las anabólicas la procesan para crear nuevos componentes o almacenarla POR MEDIO DE REDUCCIÓN.

Veremos sucintamente ambos procesos:

Se denomina reacción de reducción-oxidación, de óxido-reducción o, simplemente, reacción redox, a toda reacción química en la que uno o más electrones se transfieren entre dos sustancias, provocando un cambio en sus estados redox.

Para que exista una reacción de reducción-oxidación, en el sistema debe haber un elemento que ceda electrones, y otro que los acepte. O sea que debe haber un elemento que se oxide y otro que se reduzca.

Veremos como sucede esto con un ejemplo para simplificarlo:

Llamaremos oxidante a la sustancia que va a captar electrones, quedando con un estado de oxidación inferior al que tenía, es decir, quedando reducido.

Tenemos una molécula de ácido graso que tiene solamente ENLACES SIMPLES o sea un ACIDO GRASO SATURADO al 100% que es el ESTADO DE MÁXIMA REDUCCIÓN que un alimento puede tener o sea que TIENE LA MÁXIMA ENERGÍA DE ENLACE ACUMULADA posible.

A dos carbonos del final de la molécula o sea entre los carbonos 2 y 3 se forma un doble enlace por medio de la COENZIMA A (hay otras formas) y eso hace que se liberen dos moléculas nuevas una de dos carbonos (ACETIL-COENZIMA A) y la otra conteniendo el resto de la molécula. Este es un proceso de oxidación que produce la liberación de ENERGÍA la cual es atrapada por el ADP (difosfato de adenosina) para convertirse en ATP (trifosfato de adenosina) por medio de diferentes ciclos entre los que predomina el ciclo de Krebs o de los ácidos tricarboxílicos en condiciones aeróbicas y otros en forma anaeróbica.

Eso hace que la molécula restante pierda energía almacenada y que la célula gane energía en forma de un fosfato supra-energético que puede utilizarse como una batería para recargar un proceso de síntesis o sea anabólico de cualquier tipo.

Esto procede en presencia de oxígeno que es llevado a la célula por medio de la llamada CADENA RESPIRATORIA que funciona igual en una bacteria o en un tejido complejo de un ser humano y utiliza otros elementos como calcio, fosfato, magnesio, hierro, coenzimas y vitaminas.

Es así como funciona nuestro cuerpo unos componentes se descomponen «CATABOLISMO» para que otros se sinteticen o «ANABOLISMO» y, de acuerdo a cual de los dos procesos predomina en un momento determinado, así aumentamos o disminuimos la cantidad de componentes celulares y, por tanto aumentamos o disminuimos de peso.

Como el cuerpo no almacena grandes cantidades de proteínas o carbohidratos, entonces cuando el proceso anabólico predomina por largo tiempo tenemos necesariamente la ACUMULACIÓN DE GRASA que es el tejido que puede acumular grandes cantidades de energía por largo plazo.

El cuerpo tiene la capacidad de convertir cualquier sustancia en grasa con excepción de los casos en que no se consumen carbohidratos en cuyo caso se pierden las grasas y proteínas consumidas en exceso en forma de cuerpos cetónicos por medio de la orina. Este es el caso de las llamadas DIETAS CETOGÉNICAS de las que trataremos en otro apartado.

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