Energía metabólica: concepto, tipos, fuentes, transformación

¿Qué es la energía metabólica?

La energía metabólica es la energía que obtienen todos los seres vivos a partir de la energía química contenida en los alimentos (o nutrientes). Esta energía es básicamente la misma para todas las células; no obstante, la manera de obtenerse es muy diversa.

Los alimentos están formados por una serie de biomoléculas de varios tipos, las cuales poseen energía química almacenada en sus enlaces. De esta manera, los organismos pueden aprovechar la energía almacenada en los alimentos para luego utilizar esta energía en otros procesos metabólicos.

Todos los organismos vivos necesitan energía para crecer y reproducirse, mantener sus estructuras y responder al ambiente. El metabolismo engloba los procesos químicos que sostienen la vida y que permite a los organismos transformar la energía química en energía útil para las células.

En los animales, el metabolismo descompone los carbohidratos, lípidos, proteínas y ácidos nucleicos para proporcionar energía química. Por su parte, las plantas convierten la energía lumínica del Sol en energía química para sintetizar otras moléculas; esto lo hacen durante el proceso de fotosíntesis.

Tipos de reacciones metabólicas

El metabolismo comprende varios tipos de reacciones que pueden agruparse en dos grandes categorías: las reacciones de degradación de moléculas orgánicas y las reacciones de síntesis de otras biomoléculas.

Catabolismo

Las reacciones metabólicas de degradación constituyen el catabolismo celular (o reacciones catabólicas). Estas implican la oxidación de moléculas ricas en energía, como la glucosa y otros azúcares (carbohidratos). Como estas reacciones liberan energía, se les llama exergónicas.

Anabolismo

En contraste, las reacciones de síntesis conforman el anabolismo celular (o reacciones anabólicas). Estas llevan a cabo procesos de reducción de moléculas para formar otras ricas en energía almacenada, como el glucógeno. Debido a que estas reacciones consumen energía, se les llama endergónicas.

Fuentes de energía metabólica

Las principales fuentes de energía metabólica son:

• Las moléculas de glucosa.
• Los ácidos grasos.

Estos constituyen un grupo de biomoléculas que pueden ser oxidadas rápidamente para obtener energía.

Las moléculas de glucosa provienen mayormente de los carbohidratos ingeridos en la dieta, como el arroz, el pan, la pasta, entre otros derivados de vegetales ricos en almidón. Cuando hay poca glucosa en la sangre, esta también puede obtenerse de las moléculas de glucógeno almacenadas en el hígado.

Durante el ayuno prolongado, o en los procesos que requieran un gasto adicional de energía, se requiere obtener esta energía a partir de los ácidos grasos que son movilizados desde el tejido adiposo.

Estos ácidos grasos sufren una serie de reacciones metabólicas que los activan, y permiten su transporte hacia el interior de la mitocondria donde serán oxidados. Este proceso se llama β-oxidación de los ácidos grasos y aporta hasta un 80 % de energía adicional en estas condiciones.

Las proteínas y las grasas son la última reserva para sintetizar nuevas moléculas de glucosa, particularmente en casos de ayuno extremo. Esta reacción es del tipo anabólico y se conoce como gluconeogénesis.

Proceso de transformación de energía química en energía metabólica

Las moléculas complejas de los alimentos como los azúcares, las grasas y las proteínas son fuentes ricas de energía para las células, debido a que gran parte de la energía utilizada para formar estas moléculas se almacena literalmente dentro de los enlaces químicos que las mantienen unidas.

Los científicos pueden medir la cantidad de energía almacenada en los alimentos usando un dispositivo llamado bomba calorimétrica. Con esta técnica, la comida se coloca dentro del calorímetro y se calienta hasta que se quema. El exceso de calor liberado por la reacción es directamente proporcional a la cantidad de energía contenida en el alimento.

La realidad es que las células no funcionan como calorímetros. En lugar de quemar la energía en una gran reacción, las células liberan la energía almacenada en sus moléculas de alimentos lentamente a través de una serie de reacciones de oxidación.

Oxidación

La oxidación describe un tipo de reacción química en la que los electrones se transfieren de una molécula a otra, cambiando la composición y el contenido energético de las moléculas donante y aceptora. Las moléculas de los alimentos actúan como donantes de electrones.

Durante cada reacción de oxidación involucrada en la descomposición de los alimentos, el producto de la reacción tiene un contenido de energía más bajo que la molécula del donante que lo precedió en la ruta.

Al mismo tiempo, las moléculas aceptoras de electrones capturan parte de la energía que se pierde de la molécula de alimento durante cada reacción de oxidación y la almacenan para su posterior uso.

Eventualmente, cuando los átomos de carbono de una molécula orgánica compleja se oxidan por completo (al final de la cadena de reacción) se liberan en forma de dióxido de carbono.

Las células no usan la energía de las reacciones de oxidación tan pronto como se libera. Lo que ocurre es que la convierten en moléculas pequeñas y ricas en energía, como el ATP y el NADH, que pueden usarse en toda la célula para impulsar el metabolismo y construir nuevos componentes celulares.

Energía de reserva

Cuando la energía es abundante, las células eucariotas crean moléculas más grandes y ricas en energía para almacenar este exceso de energía.

Los azúcares y las grasas resultantes se mantienen en depósitos dentro de las células, algunos de los cuales son lo suficientemente grandes para ser visibles en las micrografías electrónicas.

Las células animales también pueden sintetizar polímeros ramificados de glucosa (glucógeno), que a su vez se agregan en partículas que se pueden observar mediante microscopía electrónica. Una célula puede movilizar rápidamente estas partículas siempre que necesite energía rápida.

Sin embargo, en circunstancias normales los seres humanos almacenan glucógeno suficiente para proporcionar un día de energía. Las células vegetales no producen glucógeno, sino que fabrican diferentes polímeros de glucosa conocidos como almidones, los cuales se almacenan en gránulos.

Además, tanto las células vegetales como las animales guardan energía al derivar la glucosa en las vías de síntesis de grasa. Un gramo de grasa contiene casi seis veces la energía de la misma cantidad de glucógeno, pero la energía de la grasa está menos disponible que la del glucógeno.

Aun así, cada mecanismo de almacenamiento es importante porque las células necesitan depósitos de energía tanto a corto como a largo plazo.

Las grasas se almacenan en gotitas en el citoplasma de las células. Los humanos generalmente almacenan suficiente grasa para abastecer de energía a sus células durante varias semanas.

Referencias

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