Fundamentos de la Bioenergética y la Alimentación en Seres Vivos

Metabolismo: La Química de la Vida

El metabolismo engloba el conjunto de reacciones químicas catalizadas por enzimas que ocurren en los seres vivos. Estas reacciones pueden ser:

• Lineales: Donde el producto de una reacción es el sustrato de la siguiente, formando una secuencia.
• Cíclicas: Donde el sustrato inicial se regenera al final del ciclo.

El metabolismo es fundamental para obtener la energía necesaria para el desarrollo, crecimiento y reproducción de los seres vivos, así como para la formación de moléculas orgánicas a partir de átomos provenientes de alimentos, gases y minerales. Este complejo proceso está regulado por factores internos y externos, como el medio ambiente, el estado reproductivo o la presencia de enfermedades.

Procesos Metabólicos Clave

Fermentación

La fermentación es un proceso metabólico en el que, por ejemplo, las levaduras obtienen energía a partir de la glucosa.

Catabolismo y Anabolismo

El metabolismo se divide en dos fases interconectadas:

• Catabolismo: Son reacciones exergónicas (liberan energía) y de degradación. Parten de sustratos grandes y complejos para generar moléculas más pequeñas.
• Anabolismo: Son reacciones endergónicas (requieren energía) y de síntesis. A partir de sustancias pequeñas, forman moléculas más complejas y grandes.

Ambos procesos están estrechamente relacionados: la energía liberada durante el catabolismo es utilizada por el anabolismo.

Reacciones de Óxido-Reducción (Redox)

Las reacciones de óxido-reducción implican el intercambio de electrones entre sustratos. La sustancia que cede electrones se oxida, y la que los toma se reduce. En este contexto:

• El agente oxidante es la sustancia que se reduce.
• El agente reductor es la sustancia que se oxida.

Componentes Esenciales del Metabolismo

Enzimas

Las enzimas son proteínas cruciales para el metabolismo, ya que actúan como catalizadores biológicos, aumentando drásticamente la velocidad de las reacciones químicas. Son altamente específicas para cada reacción, reconociendo sus sustratos. Tanto en el catabolismo como en el anabolismo, las enzimas reducen la energía de activación necesaria para que las reacciones ocurran, incrementando así la velocidad de reacción.

Coenzimas

Las coenzimas son moléculas no proteicas que se asocian a las enzimas (formando la holoenzima) y son esenciales para su correcto funcionamiento. Muchas coenzimas derivan de vitaminas y pueden actuar como agentes oxidantes o reductores en las reacciones metabólicas.

Metabolismo de la Glucosa

El cuerpo humano posee mecanismos específicos para gestionar la glucosa, una fuente de energía vital:

• Glucogenólisis: Proceso de degradación del glucógeno (forma de almacenamiento de glucosa) para liberar moléculas de glucosa.
• Gluconeogénesis: Proceso de fabricación de glucosa a partir de precursores no carbohidratos, como lípidos o aminoácidos.

Nutrición y Alimentación Humana

La relación entre el metabolismo y la alimentación es fundamental. Los nutrientes obtenidos de los alimentos, junto con el oxígeno de la respiración, son metabolizados para producir energía y construir componentes celulares.

Diferencia entre Vitaminas y Minerales

Aunque ambos son esenciales, vitaminas y minerales son sustancias diferentes:

• Los minerales son elementos inorgánicos que facilitan el funcionamiento de las vitaminas y son procesados en el cuerpo. Son esenciales para el metabolismo y otras funciones vitales del organismo.
• Las vitaminas son compuestos orgánicos esenciales para reacciones metabólicas específicas que las células no pueden sintetizar por sí mismas.

Alimentación Humana: Nutrientes y Procesos

Los humanos obtienen nutrientes a través de la alimentación, que pueden ser inorgánicos (como el agua y la sal) u orgánicos (como vitaminas y proteínas). La calidad de la dieta, incluyendo la cantidad y el tipo de alimentos consumidos, es crucial, ya que su carencia puede provocar trastornos de salud. Es importante recordar que alimentarse no es lo mismo que nutrirse; la nutrición depende de la calidad y el tipo de lo que se ingiere.

Durante la respiración celular, se produce agua que pasa a la sangre. La oxidación de nutrientes también genera agua metabólica.

Nutrientes

Un nutriente es toda sustancia que un organismo requiere para llevar a cabo sus procesos metabólicos y funciones vitales. Se clasifican según dos criterios principales:

• Naturaleza química:
  • Inorgánicos (ej. agua, minerales)
  • Orgánicos (ej. carbohidratos, lípidos, proteínas, vitaminas)
• Función:
  • Reguladora
  • Estructural
  • Energética

Los minerales se obtienen de alimentos y sal, generalmente en forma iónica.

Vitaminas

Las vitaminas son un grupo de nutrientes orgánicos complejos indispensables para la vida. Se clasifican en hidrosolubles y liposolubles. A menudo actúan como coenzimas, regulando el metabolismo.

Minerales

Los minerales son nutrientes esenciales que cumplen funciones vitales. Se dividen en macroelementos y microelementos. Se obtienen principalmente de la sal y los alimentos.

Fuentes Alimentarias de Macronutrientes y Vitaminas

• Lípidos: Semillas, maní, aguacate, aceites vegetales.
• Proteínas: Principalmente de origen animal (carne, pescado, huevos, lácteos) y vegetal (legumbres, frutos secos).
• Vitaminas: Verduras y frutas.

Bioenergética y Biomoléculas Fundamentales

Formas de Energía

Existen diversas formas de energía: eólica, química, térmica, cinética, electromagnética, lumínica, potencial y sonora. Los seres vivos utilizan principalmente la energía solar (indirectamente), cinética, potencial y eléctrica (en procesos celulares).

Aminoácidos

Un aminoácido es una molécula orgánica que contiene un grupo amino y un grupo carboxilo. Los más frecuentes son aquellos que forman parte de las proteínas. Son esenciales para numerosos procesos fisiológicos en el cuerpo humano, incluyendo:

• Crecimiento y recuperación muscular.
• Producción de energía.
• Síntesis de hormonas.
• Buen funcionamiento del sistema nervioso.

Biomoléculas

Las biomoléculas son las moléculas constituyentes de los seres vivos. Los seis bioelementos más abundantes en los seres vivos (carbono, hidrógeno, oxígeno, nitrógeno, fósforo y azufre) representan la mayor parte de la masa de las células. Con estos elementos se forman todo tipo de biomoléculas, como proteínas, aminoácidos y neurotransmisores.

Proteínas

Las proteínas son macromoléculas imprescindibles para el crecimiento y mantenimiento del organismo, desempeñando múltiples funciones vitales:

• Estructural: Es la función más importante, formando parte de tejidos y órganos.
• Inmunológica: Anticuerpos.
• Enzimática: Catalizadores biológicos.
• Contráctil: Permiten el movimiento (ej. actina y miosina).
• Homeostática: Mantienen el equilibrio interno del organismo.

Funciones de los Carbohidratos

Los carbohidratos (o glúcidos) cumplen funciones esenciales:

• Energética: Funcionan como la principal reserva energética del organismo, pudiendo movilizarse rápidamente para producir glucosa y energía inmediata.
• Reguladora: La celulosa (fibra alimentaria) es un tipo de carbohidrato que se encarga de regular el tránsito intestinal.

Sistemas Biológicos Clave

Para el correcto funcionamiento del metabolismo y la nutrición, diversos sistemas del cuerpo trabajan en conjunto:

• Sistema Circulatorio: Transporta nutrientes, oxígeno y desechos.
• Sistema Nervioso: Regula y coordina las funciones corporales.
• Sistema Respiratorio: Permite el intercambio de gases (oxígeno y dióxido de carbono).
• Sistema Digestivo: Procesa los alimentos y absorbe los nutrientes.