El
metabolismo es el estudio de la química, la regulación y la energética de miles
de reacciones que proceden en una célula biológica. Todos los organismos siguen
las mismas rutas generales para extraer y utilizar energía. La diferencia
metabólica más importante entre los organismos es la forma específica en que
obtienen energía para llevar a cabo los procesos de la vida. Los autótrofos
requieren del CO2 atmosférico como única fuente de carbono y energía solar para
fabricar otras biomoléculas. En cambio los heterótrofos obtienen energía de los
compuestos complejos de carbono que ingieren y que habitualmente se encuentran
en los autótrofos. Los organismos aerobios son aquellos que requieren oxígeno
molecular para que tengan lugar las reacciones metabólicas. Mientras que los
anaerobios no requieren de oxígeno; de hecho, para algunos es muy tóxico. El
proceso del metabolismo en todos los organismos toma lugar mediante una
secuencia de reacciones sucesivas catalizadas por enzimas. Cada paso consiste,
por lo general, de un solo cambio químico muy específico que lleva a formar un
producto, que a sus vez se transforma en el reactivo del siguiente paso.
Para la
actividad física es siempre necesario un gasto considerable de energía por
parte de los músculos. Los procesos del metabolismo influyen de manera directa
y de gran importancia en la posibilidad de llevar a cabo este tipo de
actividades. Como vimos anteriormente, el anabolismo es el responsable de la
síntesis de biomoléculas, que se traduce en la fabricación de tejidos. Para un
deportista esto puede llegar a ser una necesidad primordial, porque es el medio
por el cual aumenta su masa muscular y corporal y desarrolla su físico. Un
deportista bien alimentado, con una nutrición balanceada y un metabolismo
correcto conseguirá ir aumentando gradualmente el tamaño de sus músculos y
fortalecerlos.
Por otro
lado, el catabolismo durante la actividad física tiene la importancia directa
en la obtención y utilización de energía a partir del rompimiento de biomoléculas
energéticas. Vimos anteriormente sobre la molécula energética por excelencia,
el adenosin trifosfato, o ATP. Para poder llevar a cabo una actividad física
adecuadamente, e incluso una actividad académica (Se ha observado que lo niños
que no ingieren un desayuno fuerte rinden en sus estudios la tercera parte de
lo que son capaces, porque dan muestras de cansancio, de abulia o de escasa
actividad), es necesario tener una buena alimentación. En el catabolismo, la
obtención de energía permitirá mantener el cuerpo en actividad física
constante, realizar los movimientos y soportar el esfuerzo físico durante un
tiempo determinado. Esto no quiere decir que mientras más comida se ingiera,
mayor energía se tendrá. El proceso de mejoramiento del rendimiento se da
combinando factores como nutrición y condición física con el desempeño, interés
y constancia de una manera equilibrada y gradual.
Problemas
metabólicos o alimenticios llevan a un bajo desempeño en la actividad física
por desequilibrio entre lo que se fabrica (anabolismo) y lo que se destruye.
Estos trastornos pueden ser fatales para las personas. Entre los ejemplos
comunes de estas dificultades están la obesidad, la anorexia y la bulimia.
Catabolismo, anabolismo y metabolismo: relación con las
actividades fisicas
Las reacciones anabólicas y catabólicas siguen lo que se llaman rutas
metabólicas; ambos tipos de rutas se combinan unas con otras para producir
compuestos finales específicos y esenciales para la vida. La bioquímica ha
determinado la forma en que se entretejen algunas de estas rutas, pero muchos
de los aspectos más complejos y ocultos se conocen sólo en parte. En esencia,
las rutas anabólicas parten de compuestos químicos relativamente simples y
difusos llamados intermediarios. Estas vías utilizan la energía que se obtiene
en las reacciones catalizadas por enzimas y se orientan hacia la producción de
compuestos finales específicos, en especial macromoléculas en forma de hidratos
de carbono, proteínas y grasas. Valiéndose de otras secuencias enzimáticas y
moviéndose en sentido contrario, las rutas catabólicas disgregan las
macromoléculas complejas en compuestos químicos menores que se utilizan como
bloques estructurales relativamente simples.
Los procesos metabólicos se pueden agrupar en dos rutas, dependiendo de su
propósito bioquímico. El catabolismo es la fase de degradación por el cual se
degradan moléculas, como carbohidratos, proteínas y grasas, en moléculas más
simples como piruvato, etanol y bióxido de carbono. Los procesos en las
reacciones catabólicas se caracterizan por oxidación, liberación de energía
libre y reacciones de convergencia. El anabolismo es la síntesis de grandes
moléculas complejas a partir de otras precursoras más pequeñas. Esta ruta se
caracteriza por reacciones de reducción, requerimiento de entrada de energía y
divergencia de las vías de reacción. El catabolismo libera la energía potencial
de las moléculas combustibles y la captura de ésta en el ATP. El anabolismo
utiliza la energía libre en el ATP para realizar un trabajo; en consecuencia el cataclismo y el anabolismo están acoplados.
Desde el punto de vista termodinámico, el metabolismo es un proceso de
transformación de energía, donde el catabolismo proporciona la energía para el
catabolismo. El ATP es el acarreador molecular universal de energía libre útil,
la cual es la energía transferida del catabolismo al anabolismo. La cantidad de
energía disponible en el ATP se define en términos del cambio de energía libre
estándar, DG°'. El cambio de energía libre estándar para la reacción reversible
ATP más agua genera ADP es de 30kJ/mol. Esta es la cantidad de energía
disponible que resulta de la transferencia de un grupo fosforilo del ATP a otra
molécula, como el agua. Esta química involucra la ruptura hidrolítica de un
enlace fosfoanhídrido. El ATP es capaz de transportar y transferir energía útil
por: la estabilización por resonancia de los productos de la transferencia del
grupo fosforilo y, los efectos de repulsión de carga en el ATP.
El ATP pertenece a un grupo de moléculas que se utilizan en la célula para
transferir energía. Este grupo de moléculas se clasifican según su capacidad de
transferir un grupo fosforilo. El ATP se ubica en el punto medio de las
moléculas ricas en energía, por ello puede actuar como un intermediario común
para conectar dos reacciones, en un proceso que libere energía y otro que la
requiera.
Gran parte de lo que sabemos acerca de los detalles de las reacciones
metabólicas, proviene del seguimiento de moléculas marcadas con isótopos
radiactivos a lo largo de las rutas metabólicas o del estudio directo de cada
reacción individual utilizando la enzima implicada aislada del organismo y
células particulares.
Las rutas metabólicas son
reguladas a varios niveles, desde dentro de la célula y desde afuera. La
regulación más inmediata es mediada por la disponibilidad del sustrato. Un
segundo tipo de control rápido desde el interior de la célula es la regulación
alostérica por un intermediario metabólico o coenzima que indica el estado metabólico
o interno de la célula. En los organismo multicelulares las actividades
metabólicas de diversos tejidos son regulas e integradas por factores de
crecimiento y hormonas que actúan desde fuera de la célula. En algunos casos
esta regulación sucede casi instantáneamente (algunas veces en menos de un
milisegundo) a través de cambios en los niveles de mensajeros intracelulares
que modifican la actividad de moléculas enzimáticas existentes mediante
mecanismos alostéricos o por modificaciones covalentes como la fosforilación.
En otros casos una señal extracelular modifica la concentración celular de una
enzima alterando la velocidad de sus síntesis o degradación, de modo que el efecto se observa después de
varios minutos u horas.
