Metabolismo: catabolismo y anabolismo y el flujo de energía. ATP como molécula intermediaria de energía entre uno y otro.

Metabolismo

El cuerpo humano necesita un aporte continuo de energía para poder vivir. Esta energía proviene de la oxidación de los nutrientes (glúcidos, lípidos, proteínas) que tiene lugar en las células. Otros nutrientes, como las sales minerales, las vitaminas o el agua, aunque no aportan energía, tienen funciones imprescindibles para la vida del organismo.

Los nutrientes aportan la materia y energía que necesita el organismo.

El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas que se producen en las células necesarias para la vida. La energía contenida en los alimentos se transforma en energía útil para las células del organismo. Estas reacciones químicas se clasifican en dos tipos distintos:

• Catabolismo.
• Anabolismo.

Catabolismo

El catabolismo es el conjunto de reacciones químicas en las que se obtiene energía por la transformación de moléculas orgánicas complejas en otras moléculas más sencillas.

Es la fase degradativa del metabolismo.

Por ejemplo, en la respiración celular se libera energía en forma de adenosín trifosfato (ATP) a partir de glucosa, obteniéndose, además, agua y dióxido de carbono.

Anabolismo

El anabolismo es el conjunto de reacciones químicas en las que se sintetizan moléculas orgánicas complejas a partir de otras moléculas sencillas, utilizando la energía obtenida en el catabolismo.

Es la fase de construcción del catabolismo.

Por ejemplo, cuando en el hígado se forma glucógeno a partir de la glucosa, o cuando se sintetizan proteínas a partir de aminoácidos.

ATP, la molécula energética intermediaria

El flujo de energía entre los procesos catabólicos y anabólicos del metabolismo se realizan mediante ATP. El adenosín trifosfato es una molécula que tiene enlaces ricos en energía capaces de almacenar o ceder energía. Es por eso que al ATP se le conoce como moneda energética de la célula.

Estructura del ATP

El ATP es un nucleótido formado por:

• Ribosa, un glúcido de cinco átomos de carbono.
• Adenina, una base nitrogenada.
• Tres grupos fosfato unidos por enlace muy energético.

NEUROtiker, Public domain, via Wikimedia Commons

¿En qué procesos de produce ATP?

El catabolismo, según la naturaleza de la molécula que se reduce, aceptando los electrones, puede ser:

• Fermentación. Es un proceso anaeróbico, en ausencia de oxígeno, cuyo producto final es un compuesto orgánico, como el etanol o el ácido láctico. Se produce una oxidación incompleta de la glucosa, por lo que se obtiene poco ATP (solo 2 ATP). Algunos ejemplos de fermentación son la fermentación láctica y la fermentación alcohólica. Tiene lugar en el citoplasma de la célula.

6 C₆H₁₂O6  +  6 O₂ → 6 CO₂  +  6 H₂O  +  38 ATP

• Respiración.  Es un proceso aeróbico, en presencia de oxígeno, en el que se produce la oxidación completa de la molécula de glucosa para dar dióxido de carbono, agua, y 38 ATP. Tiene lugar en la mitocondria de la célula.

C₆H₁₂O₆  → 2 Ácido láctico  +  2 ATP

La energía de los nutrientes

Las células obtienen la energía de la oxidación de los nutrientes (aportados por el aparato digestivo), que se combinan con el oxígeno procedente del aire que inspiramos (aparato respiratorio), que llegan hasta las células por el aparato circulatorio, y cuyos restos de esta oxidación son eliminados por el aparato excretor.

El valor energético o calórico de un alimento es proporcional a la energía que desprende cuando se degrada en la respiración celular, en presencia de oxígeno.

Todos los nutrientes no proporcionan la misma cantidad de energía:

• Un gramo de lípidos nos aporta 9,3 Kcal (38 Kj).
• Un gramo de glúcidos nos aporta 4,1 Kcal (17 Kj).
• Un gramo de proteínas nos aporta 4,35 Kcal (17 Kj).

Las vitaminas, las sales minerales, el agua y la fibra no aportan nada de energía al organismo, pero son indispensables para su correcto funcionamiento.

Las células obtienen la energía de los glúcidos, pero cuando lo necesitan, recurren a la reserva que tenemos en forma de lípidos. Las proteínas sólo se utilizan como fuente de energía excepcionalmente, cuando el organismo se encuentra en estado de desnutrición.

¿Cuánta energía necesitamos?

La energía que una persona necesita cada día depende de varios factores como el sexo, la edad, el peso, y sobre todo, de la actividad física.

El gasto energético es la cantidad de energía que necesita el organismo para realizar sus actividades diarias. Se compone de:

• La energía que se utiliza para realizar las funciones básicas, como la respiración, los movimientos del corazón o mantener constante la temperatura corporal.
• La energía que se emplea para realizar la actividad física, como andar, o practicar deportes.

Cálculo del gasto energético diario.

Calculadora del gasto calórico por actividades.

El metabolismo basal es la mínima cantidad de energía que necesita una persona para subsistir. Se calcula después de haber permanecido en reposo total en un lugar con una temperatura agradable (20 °C) y de haber estado en ayunas 12 o más horas.

El metabolismo basal se calcula en kilocalorías/día y depende del sexo, la altura y el peso, entre otros factores, como la masa corporal.

Para calcular la tasa de metabolismo basal utilizan distintas fórmulas para hombres que para mujeres:

• Mujeres: 55 + 9,5 x masa (kg) + 4,8 x estatura en cm - 4,7 x años= ___ kcal
• Hombres: 66,5 + 13,7 x masa (kg) + 5 x estatura en cm - 6,7 x años=___ kcal

Calculadora de la Tasa de Metabolismo Basal

Peso (kg):
Altura (cm):
Edad (años):
Sexo: Hombre Mujer

Resultado:

La tasa de metabolismo basal depende de varios factores:

• El peso de la persona. Cuanto mayor sea el peso, mayor cantidad de energía necesita.
• La estatura. Cuanto mayor sea la estatura, mayor cantidad de energía necesita.
• El sexo. En igualdad de otras condiciones, los hombres necesitan mayor cantidad de energía.
• La edad. Los niños y adolescentes, en proceso de crecimiento, necesitan mayor cantidad de energía. Lo ancianos, en cambio, necesitan menos.

Documento: Necesidades nutricionales.

Organización Mundial de la Salud: Necesidades nutricionales. 

¿Cuánta energía aportan los nutrientes de los alimentos?

En el apartado dedicado a los alimentos se tratará de la composición nutricional de los distintos alimentos. 

La energía que aportan los alimentos se ha expresado, tradicionalmente, en kilocalorías (kcal) o calorías (cal).

Una caloría es la cantidad de calor necesaria para provocar el aumento de 1ºC de temperatura en un gramo de agua. Como es una cantidad muy pequeña, se suele utilizar la kilocaloría.

Esta cantidad de calor indica la energía que necesita el organismo para realizar cualquier actividad física.

La caloría no está relacionada directamente con el sistema métrico y, por lo tanto, con el sistema Sistema Internacional. La comunidad científica considera esta medida obsoleta, aunque se sigue utilizando. La unidad de energía en el Sistema Internacional es el julio (J). 

Una caloría equivale 4,184 J, y una kilocaloría es 4184 J.

Balance energético

Cuando la energía que ingresa al organismo es menor que la consumida, esa energía se almacena en forma de grasa, aumentando la reserva energética de la persona y produciendo sobrepeso.

Cuando el consumo energético es mayor que la energía que se incorpora al organismo, este perderá peso y las funciones vitales tienen más dificultad para desarrollarse. En estas circunstancias, el organismo tiene que recurrir a conseguir energía mediante:

• En primer lugar, el catabolismo de glúcidos.
• En segundo lugar, el catabolismo de lípidos.
• En último lugar y solo de forma excepcional, el catabolismo de proteínas.

El hipotálamo se encarga de la regulación del hambre y la saciedad para controlar este balance energético.

Regulación de la energía

El organismo tiene sistemas de regulación que controlan la cantidad de energía que necesita. Si los depósitos de energía se reducen, se activan mecanismos que producen hambre para que el organismo ingiera alimento que le proporcione energía. En el hipotálamo se encarga de regular la cantidad de energía con los centros del hambre y de la saciedad.