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LECTURA: METABOLISMO

Como ya estudiaste en este tema, las células tienen procesos que les permiten conservarse como estructuras funcionales; no obstante, debes considerar que en un organismo completo, las células no son más que pequeñas (pero importantes) partes de un todo. Es decir, deben haber procesos de concertación (regulación) que hacen que las partes (células) trabajen para que el todo (organismo) funcione armónicamente. Los procesos de regulación se estudiaron en el tema anterior, pero es necesario que entiendas que paralelamente a estos procesos de concertación total, existe una serie de procesos de conservación al nivel de individuo que globaliza tanto a los procesos de conservación como a los de regulación: este proceso es el metabolismo y es el tema que discutiremos a continuación.

Si lo piensas con calma, es posible que estés de acuerdo con nosotros si declaramos que en realidad podemos decir que un ser vivo es un sistema que intercambia materia y energía con el medio externo y que tal intercambio no es aleatorio, pues está controlado por el propio organismo (aunque con gran frecuencia el ambiente presenta, estacionalmente, limitaciones en la oferta de algunos de sus componentes, por jemplo: la lluvia, la temperatura, la cantidad de luz, etc.). Ciertamente, el organismo se encarga de administrar los insumos para realizar todas sus funciones: tanto para fabricar sus componentes estructurales y funcionales, como para darse auto-mantenimiento y realizar el manejo energético que le permita manifestarse como ente vivo.

Cualesquiera que sean los usos a que se reserven los recursos obtenidos, es importante señalar que tales insumos no pueden ser manejados en crudo; el organismo debe darles un tratamiento bioquímico para disponer de ellos, y a toda la serie de reacciones bioquímicas que ocurren en un organismo se les da el nombre de Metabolismo.

Dependiendo del tipo de reacción de que se trate, el metabolismo se divide en Anabolismo y Catabolismo. Todas las reacciones de síntesis, que casi invariablemente son endoenergéticas (es decir, que requieren de una fuente de energía para realizarse), se clasifican como anabólicas. Por su parte, las reacciones catabólicas son reacciones que implican el rompimiento de una molécula grande en dos o más moléculas más pequeñas, frecuentemente acompañadas de una liberación de energía (reacciones exoenergéticas).

La célula presenta compuestos bioquímicos que absorben o liberan energía y que van aparejados a las reacciones antes señaladas que evitan un derroche energético que pudiese incrementar peligrosamente la temperatura corporal. Estos intermediarios energéticos son generalmente compuestos fosforilados, siendo los más conocidos los fosfatos de adenosina: el difosfato y el trifosfato de adenosina (ADP y ATP).

De los fenómenos que hasta el momento hemos estudiado, podemos mencionar como ejemplo de reacción anabólica a la fotosíntesis, ya que gracias al bióxido de carbono (constituido de tres átomos), el agua (también de tres átomos), la energía luminosa y la clorofila, se genera glucosa (C6H12O6; es decir, un compuesto de 24 átomos), liberándose como producto de desecho O2. Desde luego, se requieren 6 moléculas de bióxido de carbono y 6 de agua, por lo que la reacción está balanceada en cuanto al número de átomos de cada elemento, pero es claro que la molécula de glucosa es bastante más grande que cualquiera de los dos reactivos.

Otros ejemplos lo son la síntesis de proteínas y de ADN.

En cuanto a reacciones catabólicas, la respiración celular es el ejemplo más típico, pues como sabes, si vemos únicamente las reacciones generales de la fotosíntesis y de la respiración, éstas son inversas; es decir, durante la respiración, la glucosa se rompe en 6 moléculas de CO2 y 6 moléculas de H2O con la consiguiente producción de 36 moléculas ATP (como ganancia neta).

A lo largo de la vida de los organismos pluricelulares, la relación entre anabolismo y catabolismo cambia. En efecto, durante las primeras etapas de la vida, el anabolismo es acelerado, disminuyendo con el avance del tiempo y llegando a límites muy bajos a edad avanzada.

Gráficas en las que se muestran las tasas de anabolismo y catabolismos en diferentes etapas de la vida

La mayoría de los especialistas consideran que los cambios en el balance metabólico están inscritos en el ADN que hemos heredado de nuestros padres. En éste proceso participa un delicado balance hormonal que hasta el momento no hemos podido descifrar en su totalidad, pero quizá a partir del Proyecto Genoma Humano (que pretende descifrar en su totalidad la secuencia de bases nitrogenadas en el ADN humano), podamos descifrar la relación ADN - Hormonas - Balance metabólico, y llegue a estar disponible la “Fuente de la eterna Juventud” si aprendemos a mantener igualados anabolismo y catabolismo indefinidamente.

Existen mecanismos clínicos para medir el metabolismo; siendo el mas conocido el metabolismo basal, que es la cantidad mínima de energía requerida por el cuerpo humano durante un día (BMR). Por definición, es igual al mínimo de energía gastada por unidad de tiempo por un individuo colocado en condiciones tales que solamente esté efectuando las funciones fundamentales de metabolismo. Representa el valor del metabolismo del cuerpo cuando sus actividades físicas y digestivas están efectuándose al mínimo y es por consiguiente una medida de la cantidad de energía necesaria para mantener vivo a un individuo. La determinación del valor del metabolismo basal puede ser a veces de utilidad para diagnosticar ciertas condiciones metabólicas anormales. Puede obtenerse de manera directa registrando la producción de calor del cuerpo en condiciones especiales (mínimo de actividad muscular y digestiva). Sin embargo, el valor del metabolismo basal puede determinarse de manera más conveniente por el método indirecto, o sea, midiendo la producción de bióxido de carbono y el consumo de oxígeno durante el proceso de respiración. La relación de éstos dos valores (CO2:O2) se llama cociente respiratorio (RQ) y es diferente para cada uno de los tres tipos de sustancias energéticas (glúcidos, lípidos y prótidos) que el organismo degrada para obtener energía. Este cociente indica fundamentalmente cuál es el principal compuesto que se emplea en el proceso respiratorio. En la respiración aerobia de glúcidos, por cada molécula de glucosa oxidada se utilizan seis moléculas de oxígeno, produciéndose seis de bióxido de carbono:

Dado que se requieren seis moléculas de oxígeno para generar seis de bióxido de carbono, la proporción es de 6/6 o sea, el cociente respiratorio es igual a 1.

El valor del metabolismo basal varía mucho de un individuo a otro, pues depende de diversos factores tales como edad, balance hormonal, sexo, dieta, herencia, clima, peso corporal, etc. Es menor bajo condiciones de sueño y temperatura corporal controlada. El promedio del metabolismo basal en un varón adulto joven es de entre 1500 y 1800 kilocalorías por día, siendo un 5% menor en las mujeres. La energía requerida diariamente para una existencia normal es de 22000 kilocalorías aproximadamente (varia con el individuo); mientras que para una vida muy activa, se requiere del doble.

Por otra parte, en todas las especies se ha comprobado una correlación muy cercana entre el índice metabólico (la velocidad a que se llevan a cabo las reacciones en el organismo, independientemente de la actividad) y la temperatura. Tal correlación es de tal importancia, que los grupos animales que más recientemente han presentado radiaciones adaptativas, han mostrado una tendencia a mantener una temperatura óptima cercana a los 36 grados centígrados. En efecto, tanto aves como mamíferos son los únicos grupos actuales que han conseguido mantener un metabolismo estable gracias a una fuerte inversión energética que les permite mantener la temperatura corporal constante .

Se sabe que a partir de los 4ºC, la tasa metabólica de las especies poiquilotermas (que tienen una temperatura muy cercana a la del medio ambiente), aumenta al doble o al triple por cada diez grados centígrados de incremento de la temperatura. Al aproximarse a los 50ºC se retarda el aumento metabólico y súbitamente cae a cero; esto se debe a que las enzimas necesarias para el proceso metabólico se desnaturalizan y destruyen a temperaturas elevadas.

No obstante lo anterior, se conocen algunas bacterias como las del género Sulfolobus que tienen un crecimiento óptimo entre 70 y 75ºC y pueden crecer en aguas de hasta 88ºC, muriendo de frío a temperaturas por debajo de 55ºC. En la actualidad se están estudiando los equipos enzimáticos de bacterias termófilas (que soportan altas temperaturas), como Sulfolobus y otras que habitan en las ventanas hidrotermales y que soportan temperaturas superiores a los 100ºC.