Introducción
Los alimentos que consumen los atletas/deportistas tienen que
necesariamente primero ser digeridos, proceso por el cual el alimento se
degrada en materias más pequeñas y asimilables. Luego se procede a la absorción
de los nutrimentos derivados de los alimentos. Finalmente, los nutrimentos
circulantes llegan a la célula para que ocurra el metabolismo.
El funcionamiento del organismo humano depende de una variedad de
procesos bioquímicos que en conjunto representan el metabolismo de las células
corporales. Las reacciones químicas involucradas en el metabolismo proveen (y
utilizan) compuestos de energía indispensables para mantener trabajando todos
nuestros órganos del cuerpo, mantienen vivo al ser humano. Para el atleta, los
procesos liberadores y de síntesis de energía que constituyen el metabolismo
facilita la ejecutoria deportiva, y, en muchos casos, la mejora,
particularmente cuando se llevan a cabo manipulaciones dietéticas efectivas.
Claro está, existen otros factores que determinan el nivel de efectividad en el
rendimiento competitivo, tales como el nivel de entrenamiento o aptitud física,
la periodización del entrenamiento físico, características genéticas del
deportista (factores hereditarios), la edad del competidor, entre otras.
Los compuestos
de alta energía
Los compuestos de alta energía se caracterizan por uno o más
enlaces (químicos) de alta energía que liberan un gran volumen de energía libre
a través del catabolismo. Los enlaces de alta energía tienen este nombre porque
almacenan mayor cantidad de energía que los enlaces químicos ordinarios (poseen
cantidades relativamente grandes de energía). Estos enlaces químicos se
encuentran en los reactivos. Además, se degradan con facilidad. La tilde o
enlace ondulante (~) representa simbólicamente el enlace de alta
energía, que no es otra cosa que un enlace de tipo éster entre los residuos de
ácido fosfórico y ciertos compuestos orgánicos. La energía libre (como
resultado de una reacción exergónica) representa el trabajo útil máximo que
puede ser obtenido de una reacción química. Debido a que la energía para la
formación del enlace en estos fosfatos es particularmente alta, se liberan
cantidades relativamente grandes de energía (10-12 kcal/mol) cuando se
hidroliza (rompe o cataboliza) el enlace. Los compuestos que contienen tales
enlaces se denominan fosfatos macroérgicos. La energía liberada cuando se rompe el enlace de alta energía
entre los fosfatos que componen una molécula de alta energía es transferida a
otras moléculas que la utilizan directamente, o a otras moléculas que la
almacenan como fosfato de creatina o fosfocreatina (CP o CrP). La CP es otro compuesto
macroérgico que se encuentra almacenado en el músculo esquelético. La formación
de enlaces de alta energía requiere el ingreso o entrada de energía.
Descripción General e Importancia
La adenosina de trifosfato (ATP) es uno
de los compuestos de alta energía más importantes, puesto que proporciona
directamente energía a las reacciones que la requieren en todas las células del
organismo. Este compuesto se produce en las células al utilizar los nutrientes
que provienen de las plantas y animales. El ATP representa el almacén de
energía del cuerpo. Por hidrólisis (catabolismo), el ATP se descompone hasta adenosina de difosfato (ADP),
liberando energía directamente para diferentes funciones vitales del cuerpo,
tales como la contracción muscular, transporte activo, digestión, secreción
glandular, síntesis de compuestos químicos, reparación de tejidos, circulación,
transmisión nerviosa, entre otras.
Formación/Síntesis de la Molécula de ATP
Mediante la utilización de energía (reacción endergónica) un fosfato inorgánico (Pi) libre se
une a una molécula de adenosina de difosfato (ADP) para
poder formar una molécula de adenosina de trifosfato (ATP). Esta
reacción se puede expresar como: Pi + ADP ATP
Adenosina de Trifosfato (ATP) y Compuestos
Afines: Estructura y Propiedades
Hemos mencionado que las células podían sintetizar el ATP a partir
de hidratos de carbono, grasas y proteínas. Además, se ha señalado que el ATP,
a su vez, representa una fuente inmediata de energía para las diversas
funciones celulares. Durante la degradación del compuesto ATP, se libera
energía útil para trabajo biológico (contracción muscular, transmisión
nerviosa, secreción de hormonas, entre otras), transformándose el ATP en
adenosina de trifosfato (ADP). El ADP vuelve a transformarse en ATP en virtud
de la energía suministrada mediante el catabolismo de los combustibles
energéticos (hidratos de carbono, grasas y proteínas) y de la fosfocreatina
(PC). El ATP pertenece a una serie de compuestos orgánicos fosforilados que
sirve de reserva energética y distribuyen energía en las células. Esta energía
se transfiere con facilidad de un compuesto a otro en presencia de la correspondiente
enzima. Estos compuestos fosforilados se distinguen unos de otros por el número
de grupos de fosfato y el tipo de enlace fosfato en el resto de la molécula.
Son todos nucleótidos, compuestos constituidos de
una base nitrogenada (adenina), un azúcar de cinco-carbonos (ribosa),
y uno o más grupos de fosfato
Hidrolisis o Desdoblamiento del ATP
Cuando el ATP es enzimáticamente hidrolizad, se degrada le enlace
químico que almacena energía entre ADP y Pi, el grupo fosfato terminal es
transferido a agua, con liberación de ADP y fosfato inorgánico (Pi). La energía
libre derivada (biológicamente útil) de esta reacción puede ser acoplada con
reacciones que requieren energía (ATP + H2O ADP + Pi + energía).
Las enzimas que catalizan esta reacción de descomposición son trifosfatasas de adenosina, o ATPases. Las enzimas que
transfieren el grupo fosfato desde ATP a otro substrato son cinasas
Sistema ATP-ADP y su Función en el Metabolismo
La ruptura del último enlace de energía entre los grupos de
fosfatos en la molécula de ATP resulta en un fosfato libre (Pi), una molécula
de adenosina de trifosfato (ADP) y energía libre. Esta energía se emplea en los
procesos anabólicos del metabolismo celular. El Pi y el ADP utilizan la energía
liberada mediante el catabolismo para reunirse y resintetizar el compuesto de
ATP. Este ciclo se conoce como el sistema de ATP-ADP.
FUENTES DE ATP
Básicamente, el ATP proviene
principalmente del catabolismo de las sustancias nutricias energéticas. Una vez
estos sustratos entran en la célula, se inicia una serie de reacciones químicas
a través de diversas vías metabólicas. Estas vías pueden ser de dos tipos, a
saber, anaeróbicas o aeróbicas. El metabolismo o vía anaeróbica no
requiere la presencia de oxígeno, de ahí el termino anaeróbico (sin aire o sin
oxígeno). La ausencia del oxígeno en este tipo de metabolismo celular se debe a
que el tiempo es muy corto para que llegue a tiempo, el ejercicio o deporte
practicado posee una duración máxima de tres a cinco minutos. Por otro lado, la vía
aeróbica utiliza el oxígeno para poder oxidar los sustratos y así
producir ATP; de manera que, aeróbico significa con aire (o con oxígeno). En
este caso, el la duración del ejercicio permite que llegue el oxígeno a la
célula, sobrepasa los tres a cinco minutos.
Metabolismo Anaeróbico
La producción anaeróbica del ATP puede
originarse de dos vías principales, conocidas como el sistema de ATP-PC (o
fosfágeno) y la glucólisis anaeróbica.
El Sistema de
ATP-PC (fosfágeno)
Este
sistema representa la fuente más rápida de ATP para el uso por los músculos
esqueléticos. La rapidez para la disponibilidad del ATP (energía química
potencial) se le atribuye a que no depende de una serie de reacciones químicas
ni de energía.
El combustible químico (energía química potencial) empleado en
este sistema (para resintetizar el ATP) es la fosfocreatina (PC). Esta molécula es
otro de los compuestos fosfatados "ricos en energía" que se almacena
en las células de los músculos esqueléticos. La estructura básica de este
compuesto es una molécula de creatina combinada con un fosfato, ambos unidos
mediante un enlace de alta energía.
Glucolisis anaeróbica (o sistema de ácido
láctico)
Este sistema representa una vía química o metabólica que involucra
la degradación incompleta (por ausencia de oxígeno) de glucosa o glucógeno para
formar dos moléculas de ácido láctico (derivadas de dos molécula de ácido
pirúvico), lo cual resulta en la acumulación de ácido láctico en los músculos
esqueléticos y en la sangre. El ácido láctico se forma debido a la falta de
oxígeno. Mediante reacciones acopladas, la energía que produce esta vía
metabólica va dirigida a restaurar el Pi a ADP para formar ATP. La ganancia
neta de esta vía metabólica son de dos a tres moléculas de ATP y dos moléculas
de ácido láctico por cada molécula de glucosa (180 gramos) catabolizada. La vía
glucolítica se lleva a cabo en el citoplasma de la célula corriente o en el
sarcoplasma de la célula sólo puede producir 3 moles de ATP mediante la
descomposición anaeróbica (fibra) de los músculos esqueléticos.
Metabolismo Aeróbico
La vía aeróbica involucra la descomposición completa (por estar
presente oxígeno) de las sustancias alimenticias (hidratos de carbono, grasas y
proteínas) en bióxido de carbono (CO2) y agua (H2O). Por
lo tanto, utiliza como combustible metabólico (sustrato) la glucosa endogénea
(derivada de las reservas de glucógeno corporal) o exogénea (lo que resulta de
la hidrólisis/catabolismo de los hidratos de carbono en su forma compleja,
almidones), las grasas y proteínas.
Las grasas son inicialmente degradadas mediante una serie de
reacciones químicas, conocido como oxidación beta. Durante este proceso, los ácidos grasos pasan por una serie de
reacciones para formar acetil-co-A, de manera que puedan
entrar al ciclo de Krebs y al sistema de transporte electrónico.
Las reacciones químicas que producen ATP con la presencia de
oxígeno (aeróbicas) se efectúan a través de tres (3) vías metabólicas, las
cuales son: la glucólisis (en este caso es de
naturaleza aeróbica), el ciclo de Krebs (o ciclo del ácido cítrico) y la cadena respiratoria (o sistema de transporte
electrónico). Como fue mencionado en los párrafos previos, la glucólisis se
lleva a cabo en el citoplasma de la célula (o en el sarcoplasma de la fibra
muscular). El ciclo de Krebs y el sistema de transporte electrónico se realiza
en unos organelos celulares especializados, conocidos como mitocondrias. Estos compartimientos
subcelulares constituyen el "dínamo" ("planta motriz") para
la elaboración aeróbica del ATP.
Glucólisis aeróbica
Esta vía fue discutida bajo el
metabolismo anaeróbico. Ambas vías glucolíticas son prácticamente las mismas,
con la diferencia de que al llegar el oxígeno a la célula, al final se forman
dos moléculas de ácido pirúvico, sin la producción de ácido láctico. El ácido
pirúvico se transforma en acetil-co-A y pasa hacia el ciclo de Krebs. En otras
palabras, el oxígeno inhibe la formación del ácido láctico a partir del ácido
pirúvico.
El ciclo de Krebs (ciclo del ácido
cítrico o ciclo del ácido tricarboxílico)
Representa una serie cíclica de
reacciones enzimáticamente catalizadas que se ejecutan mediante un sistema de
multienzimas. A través de esta vía, se oxida el grupo acetil del compuesto
acetil-co-A (proveniente de la glucólisis aeróbica). El piruvato (tres
moléculas de carbono) se degrada para formar acetil-co-A (molécula de tres
carbonos). Luego el acetil-co-A se combina con el ácido oxaloacético (molécula
de cuatro carbonos) para formar ácido cítrico (seis carbonos). Esto continúa
con una serie de seis reacciones para regenerar el ácido oxaloacético y dos
moléculas de CO2, y la vía inicia todo de nuevo. Estas reacciones se
llevan a cabo en la mitocondria de la célula.
En resumen, el ciclo de Krebs es la vía
metabólica final para la oxidación de los sustratos (combustibles metabólicos),
los hidratos de carbono, grasas (oxidación beta) y proteínas. Los combustibles
metabólicos entran en el ciclo de Krebs en la forma de acetil-co-A. Una vez
esto ocurra, ocurren dos principales cambios químicos, a saber: la producción
de CO2 (el cual es eliminado eventualmente del cuerpo mediante
los pulmones) y el traslado (oxidación) de iones de hidrógeno (H+) y
electrones (e-).
El sistema/cadena de transporte
electrónico (o cadena respiratoria)
Representa una vía metabólica,
procesada en la mitocondria, caracterizado por una serie de reacciones de
oxidación-reducción realizadas por unas enzimas altamente organizadas. La
cadena del transporte electrónico es la vía común en las células aeróbicas,
donde, luego de recibir los electrones del ciclo de Krebs, ocurren dos
principales eventos químicos, a saber:
- Los iones de hidrógeno (H+) y
electrones (e-), derivados de los diferentes sustratos,
son transportados mediante portadores electrónicos hacia
el oxígeno (O2) que respiramos para así formar agua (H2O)
a través de una serie de reacciones enzimáticas. Al final de la cadena
respiratoria, el oxígeno acepta los electrones que van pasando y se
combina con hidrogeno para formar agua.
- Simultáneamente, se lleva a cabo la refosforilación
oxidativa del ATP, la producción aeróbica del ATP dentro de la
mitocondria. En otras palabras, el ATP es resintetizado a través de
reacciones acopladas a partir de la energía emitida al transportarse los
electrones.
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