Aspectos generales de la transformación y utilización de la energía en los seres vivos. a.Concepto de metabolismo, catabolismo y anabolismo b.Obtención de los nutrimentos por parte de los organismos para su transformación en energía.

Introducción
Prácticamente toda la energía que se utiliza para mantener la vida en la tierra proviene del sol. Sin embargo, es claro que ningún ser vivo puede realizar directamente sus funciones con la energía luminosa.

Fue necesario que los seres vivos desarrollaran procesos adecuados para obtener moléculas combustibles que sí pueden ser utilizados por las diferentes piezas de la maquinaria celular.

Por ejemplo  los organismos autótrofos producen su propio alimento, a partir de la energía solar, el agua y CO2,  con los cuales realizan el proceso de fotosíntesis y obtienen  materia orgánica , es decir capturan la energía luminosa del sol, y la utilizan para unir las moléculas simples de CO2 y H2O (reactivos),  y producir glucosa, que es un compuesto más energético que los anteriores (ya que en la unión química entre sus átomos hay mucha energía), es decir se transforman la  energía luminosa en química.   Las proteínas, lípidos, hidratos de carbono, que elaboran los autótrofos constituyen su alimento,  y las moléculas con las que construyen  sus estructuras celulares.

La obtención y utilización de energía en los seres vivos

El metabolismo implica intercambios de materia y energía entre un ser vivo y el medio ambiente que le rodea.

En su conjunto se van a producir reacciones bioquímicas que degradan sustancias y en las que se libera energía (CATABOLISMO) y reacciones bioquímicas donde se sintetizan sustancias (ANABOLISMO) y en la que se utiliza parte de la energía liberada en las reacciones anteriores.

Sin embargo, parte de la energía producida o liberada en el Catabolismo se transforma en calor, energía no aprovechable por otros sistemas vivos, siendo devuelta al medio ambiente y aumentando la entropía, como en cualquier otro sistema universal.

Si partimos de la energía inicial que entra en el Ecosistema, la LUZ), se observa que sufre diversas transformaciones:

Primeramente es captada por los seres autótrofos y transformada en energía química de enlace dentro de las moléculas elaboradas por ellos (glucosa, almidón).

Posteriormente, mediante la ruptura de estas moléculas se libera la energía pudiendo ser transformada en calor, en energía cinética o en energía de enlace formando otras moléculas consideradas como "monedas de intercambio energético": el ATP).

El siguiente esquema representa de forma sencilla el flujo de energético y el ciclo material en los seres vivos:

¿Y para qué quieren tanta Energía los Seres Vivos? La respuesta es obvia y sencilla: PARA VIVIR.

Esto implica moverse ("energía cinética") para buscar el alimento, el agua o sencillamente para buscar pareja;

También implica el recibir estímulos y preparar y producir respuestas ("energía para el funcionamiento del Sistema Nervioso": bomba de Na+ / K+,...) y poder adaptarse a los cambios producidos en el medio;

También se utiliza para producir luz (bioluminiscencia) como los peces de las grandes profundidades o los gusanos de luz y sobre todo calor, energía que se pierde al escaparse de los individuos y que no puede ser aprovechada por otros seres vivos. Entre los seres vivos que más calor producen están las Aves, y los Mamíferos (seres Homeotermos).

Uno de los procesos biológicos que mejor se han estudiado en el que se produce gran cantidad de energía en forma de ATP es el Ciclo de Krebs

En resumen se trata de un conjunto de reacciones de oxidación-reducción, y descarboxilaciones, que conllevan la síntesis de ATP en el interior de las Mitocondrias. Los Glúcidos, grasas y proteínas, mediante transformaciones previas (vías metabólicas de las Hexosas-fosfato, vía de Embden-Meyerhof) llegan a convertirse en Acetil-CoA, molécula protagonista del Ciclo de Krebs.

Mediante este Ciclo, a partir de una molécula de glucosa se obtienen 36 ATP (263 Kcal), lo que supone un 38% de la energía contenida en dicha molécula. Si en vez de glucosa, lo que se oxida es una molécula de ácido palmítico (ácido graso contenido en las grasas), se obtienen 129 ATP (941 Kcal) lo que representa un 40% de eficacia.

Sin embargo, estas mismas oxidaciones realizadas en el laboratorio desprenden mucha más energía. Si ésta energía se produjera en interior de las células provocaría un aumento exagerado de la temperatura corporal poniendo en peligro el funcionamiento normal del organismo.

Metabolismo

El metabolismo se refiere a todos los procesos físicos y químicos del cuerpo que convierten o usan energía, tales como:

-Respiración

-Circulación sanguínea

-Regulación de la temperatura corporal

-Contracción muscular

-Digestión de alimentos y nutrientes

-Eliminación de los desechos a través de la orina y de las heces

-Funcionamiento del cerebro y los nervios

El catabolismo (fase destructiva)

Su función es reducir, es decir de una sustancia o molécula compleja hacer una más simple.

Catabolismo es, entonces, el conjunto de reacciones metabólicas mediante las cuales las moléculas orgánicas más o menos complejas (glúcidos, lípidos), que proceden del medio externo o de reservas internas, se rompen o degradan total o parcialmente transformándose en otras moléculas más sencillas (CO2, H2O, ácido láctico, amoniaco, etcétera) y liberándose energía en mayor o menor cantidad que se almacena en forma de ATP (adenosín trifosfato). Esta energía será utilizada por la célula para realizar sus actividades vitales (transporte activo, contracción muscular, síntesis de moléculas).

Las reacciones catabólicas se caracterizan por:

-Son reacciones degradativas, mediante ellas compuestos complejos se transforman en otros más sencillos.

-Son reacciones oxidativas, mediante las cuales se oxidan los compuestos orgánicos más o menos reducidos, liberándose electrones que son captados por coenzimas oxidadas que se reducen.

-Son reacciones exergónicas en las que se libera energía que se almacena en forma de ATP.

-Son procesos convergentes mediante los cuales a partir de compuestos muy diferentes se obtienen siempre los mismos compuestos (CO2, ácido pirúvico, etanol, etcétera).

El anabolismo (fase constructiva)

Reacción química para que se forme una sustancia más compleja a partir otras más simples.

Anabolismo, entonces es el conjunto de reacciones metabólicas mediante las cuales a partir de compuestos sencillos (inorgánicos u orgánicos) se sintetizan moléculas más complejas. Mediante estas reacciones se crean nuevos enlaces por lo que se requiere un aporte de energía que provendrá del ATP.

Las moléculas sintetizadas son usadas por las células para formar sus componentes celulares y así poder crecer y renovarse o serán almacenadas como reserva para su posterior utilización como fuente de energía.

Las reacciones anabólicas se caracterizan por:

-Son reacciones de síntesis, mediante ellas a partir de compuestos sencillos se sintetizan otros más complejos.

-Son reacciones de reducción, mediante las cuales compuestos más oxidados se reducen, para ello se necesitan los electrones que ceden las coenzimas reducidas (NADH, FADH2 etcétera) las cuales se oxidan.

-Son reacciones endergónicas que requieren un aporte de energía que procede de la hidrólisis del ATP.

-Son procesos divergentes debido a que, a partir de unos pocos compuestos se puede obtener una gran variedad de productos.

Transformación de la energía en los organismos vivientes

La nutrición celular exige que el ser vivo sea eficaz en la ingestión de las sustancias nutrientes, en su transformación para que lleguen en condiciones de atravesar las membranas celulares (digestión, respiración) y en el transporte o circulación de dichas sustancias hasta las células.

Una vez en el interior de la célula, los nutrientes sufren todo un conjunto de reacciones químicas que recibe el nombre de metabolismo. Los nutrientes, en el lenguaje biológico, incluyen no solamente los alimentos y el agua, sino también el oxígeno, el dióxido de carbono y la energía luminosa y química.

En el mundo vivo se distinguen tres procesos principales de transformación de energía:

· En la fotosíntesis la energía radiante del sol se transforma en energía química, que queda almacenada en los enlaces de los carbohidratos y otras moléculas complejas sintetizados.

· Mediante la respiración celular, esta energía pasa a una nueva forma: los enlaces fosfato producidos en la degradación escalonada de la glucosa y otras moléculas

· El trabajo celular se produce cuando la energía química de los enlaces fosfato es utilizada por la célula para realizar trabajo. Este trabajo puede ser muscular (contracción muscular), eléctrico (impulsos nerviosos), osmótico (transporte de moléculas en contra de un gradiente de concentración) o químico (síntesis de nuevas moléculas para el crecimiento de la célula o el almacenamiento de energía).

Podrá consultar la presentación ppt de este tema en: https://www.dropbox.com/sh/256kthzmazc0ff3/AAAQAlfiXZs0s_lD1xOKnY-ta/Presentaciones%20de%20PowerPoint/Tema%202.pptx?dl=0