Relación entre materia y energía que se observa en la nutrición celular
¿Qué es la nutrición celular?
La nutrición celular es el proceso mediante el cual las pequeñas células que conforman nuestro cuerpo y el de todos los seres vivos, toman sustancias químicas del medio ambiente y las transforman en materia y energía que utilizan para poder vivir.
Las células son como pequeñas fábricas que requieren insumos para poder producir las sustancias de las que ellas mismas están hechas. Estos insumos (que frecuentemente son sustancias complejas) son a lo que nos referimos cuando hablamos de la “materia” o la parte material de la nutrición celular.
Por otro lado, estas pequeñas fábricas tienen una compleja maquinaria celular que funciona 24 horas al día, todos los días del año y que también requieren energía. Como veremos en un momento, esta energía está íntimamente ligada a la materia prima que la célula utiliza para su crecimiento y reproducción.
Relación entre materia y energía
¿Qué hace falta para que un automóvil cualquiera pueda funcionar? Además de un motor, una transmisión, cuatro ruedas y una estructura y carrocería para mantener todo unido, también necesita combustible.
Lo mismo sucede con las células. Ellas necesitan un combustible de donde puedan obtener la energía necesaria para mantener andando todos los procesos propios de la vida.
En el caso de un auto a gasolina, el combustible está formado por una clase de sustancia química llamada hidrocarburo, pero en el caso de las células, la energía proviene de los carbohidratos y otras sustancias orgánicas.
¿Y cómo se libera esa energía? Rompiendo los enlaces químicos que mantienen unidos a los distintos átomos que forman a las moléculas.
¿Cómo se mide la energía contenida en los nutrientes?
La energía que contienen los alimentos se mide en calorías. Una caloría es la cantidad de energía en forma de calor que se necesita para calentar o aumentar en un grado centígrado la temperatura de un gramo de agua.
La forma como se determina cuánta energía hay en los alimentos es quemándolos y luego midiendo cuánto se calienta una muestra de agua con el calor liberado.
Por ejemplo, si quemamos 1 gramo de harina de trigo, se liberan 3.640 calorías. Este calor es suficiente para calentar 3.640 g de agua (un poco más de 3 litros y medio) desde 25 °C a 26°C. También lo podemos ver como la cantidad necesaria de calor para calentar 60 gramos de agua desde 20°C hasta 80°C.
Nota: Cuando leemos las calorías de los alimentos en la etiqueta, se debe tener cuidado, ya que hay dos tipos de calorías. La caloría en minúscula (que se representa como cal) es la caloría normal. Sin embargo, muchas etiquetas muestran calorías con mayúscula (Cal) que en realidad equivalen a 1.000 calorías o 1 kilocaloría.
¿Cómo utilizan las células esta energía?
Las células no utilizan la energía liberada del procesamiento de alimentos directamente en forma de calor. En su lugar, ellas almacenan toda esta energía en forma de unas moléculas especiales denominadas adenosíntrifosfato o ATP.
Este ATP es el combustible real que utilizan todas las células para la inmensa mayoría de las reacciones químicas que las mantienen con vida. Es como si los carbohidratos que comemos fueran petróleo crudo que la célula refina para producir gasolina de alto octanaje (el ATP) que las mismas células luego utilizan para poner en marcha su motor. Esto lo hacen en unas pequeñas fábricas llamadas mitocondrias.
¿De dónde viene la materia?
Los carbohidratos solo contienen carbono, hidrógeno y oxígeno, pero las células están formadas por muchos elementos más. El resto de los materiales de construcción para fabricar las distintas partes de las células proviene de proteínas, lípidos, ácidos nucleicos y otras sustancias químicas que nuestras células procesan. Estas sustancias pueden venir de una de dos fuentes:
- Provienen del medio ambiente (por ejemplo, las ingerimos en nuestra dieta) y luego las absorben las células.
- Consisten en orgánulos y otros trozos de las mismas células que son reciclados para economizar esfuerzo y energía.
Nutrición autótrofa y nutrición heterótrofa
En función del tipo de sustancias que sus células pueden utilizar como fuente de materia y energía, podemos distinguir dos clases diferentes de seres vivos: Los autótrofos y los heterótrofos.
Los autótrofos son seres vivos que pueden absorber sustancias inorgánicas del medio ambiente y transformarlas en alimentos orgánicos para las células. Las plantas son un ejemplo típico de autótrofos.
Nosotros, en cambio, somos heterótrofos, es decir, seres vivos que no podemos sintetizar nuestros propios alimentos. Por esta razón debemos consumir a otros seres vivos para poder utilizar las sustancias nutritivas de las que están hechos.
Sin embargo, independientemente de si se trate de nutrición autótrofa o heterótrofa, ambos procesos de nutrición celular tienen algunas etapas en común.
El proceso de la nutrición celular
Ingesta de alimentos
La nutrición celular comienza con la ingesta de alimentos. Para nosotros, esto significa comer. Nuestros alimentos contienen todo tipo de compuestos complejos formados por moléculas muy grandes que no caben en las células, así que nuestra digestión se encarga de romperlas y picarlas en pequeños pedacitos para que las células las puedan absorber.
En el caso de las plantas, ellas absorben directamente los nutrientes inorgánicos a través de sus raíces y sus hojas.
Incorporación de sustancias a la célula
Luego de la digestión, los trozos más pequeños se absorben y se distribuyen por la sangre al resto del cuerpo donde las células los absorben por distintos mecanismos.
Digestión celular de sustancias
Una vez dentro de las células, estas sustancias son atacadas con un conjunto de enzimas que básicamente desarma las proteínas, los carbohidratos, el ADN, el ARN y los triglicéridos para dejar todos los pequeños bloques de construcción listos para el siguiente paso.
Metabolismo
Una vez “desarmados” los alimentos, estos se pueden procesar de una de dos maneras:
Catabolismos
El catabolismo, también llamado metabolismo destructivo, sigue rompiendo las moléculas más grandes en otras más pequeñas, liberando así la energía contenida en sus enlaces. En el caso de los seres humanos, este proceso oxida a la glucosa y a otros carbohidratos con ayuda del oxígeno del aire para producir dióxido de carbono, agua y ATP.
Anabolismo
Es la parte del metabolismo en la cual la célula utiliza los pequeños bloques de construcción como los aminoácidos y los nucleótidos para construir proteínas y ADN, entre otras moléculas grandes que luego pasan a formar parte de la célula.
Excreción de residuos
El proceso de nutrición también incluye la excreción de todos los residuos tóxicos del interior de la célula y luego del interior del cuerpo. Este último proceso cierra el ciclo de la nutrición celular y entre todos mantienen al sistema completo en constante funcionamiento.