UNIDAD ll: Relación del proceso metabólico y la actividad física

El metabolismo es el estudio de la química, la regulación y la energética de miles de reacciones que proceden en una célula biológica. Todos los organismos siguen las mismas rutas generales para extraer y utilizar energía. La diferencia metabólica más importante entre los organismos es la forma específica en que obtienen energía para llevar a cabo los procesos de la vida. Los autótrofos requieren del CO2 atmosférico como única fuente de carbono y energía solar para fabricar otras biomoléculas. En cambio los heterótrofos obtienen energía de los compuestos complejos de carbono que ingieren y que habitualmente se encuentran en los autótrofos. Los organismos aerobios son aquellos que requieren oxígeno molecular para que tengan lugar las reacciones metabólicas. Mientras que los anaerobios no requieren de oxígeno; de hecho, para algunos es muy tóxico. El proceso del metabolismo en todos los organismos toma lugar mediante una secuencia de reacciones sucesivas catalizadas por enzimas. Cada paso consiste, por lo general, de un solo cambio químico muy específico que lleva a formar un producto, que a sus vez se transforma en el reactivo del siguiente paso.
Para la actividad física es siempre necesario un gasto considerable de energía por parte de los músculos. Los procesos del metabolismo influyen de manera directa y de gran importancia en la posibilidad de llevar a cabo este tipo de actividades. Como vimos anteriormente, el anabolismo es el responsable de la síntesis de biomoléculas, que se traduce en la fabricación de tejidos. Para un deportista esto puede llegar a ser una necesidad primordial, porque es el medio por el cual aumenta su masa muscular y corporal y desarrolla su físico. Un deportista bien alimentado, con una nutrición balanceada y un metabolismo correcto conseguirá ir aumentando gradualmente el tamaño de sus músculos y fortalecerlos.
Por otro lado, el catabolismo durante la actividad física tiene la importancia directa en la obtención y utilización de energía a partir del rompimiento de biomoléculas energéticas. Vimos anteriormente sobre la molécula energética por excelencia, el adenosin trifosfato, o ATP. Para poder llevar a cabo una actividad física adecuadamente, e incluso una actividad académica (Se ha observado que lo niños que no ingieren un desayuno fuerte rinden en sus estudios la tercera parte de lo que son capaces, porque dan muestras de cansancio, de abulia o de escasa actividad), es necesario tener una buena alimentación. En el catabolismo, la obtención de energía permitirá mantener el cuerpo en actividad física constante, realizar los movimientos y soportar el esfuerzo físico durante un tiempo determinado. Esto no quiere decir que mientras más comida se ingiera, mayor energía se tendrá. El proceso de mejoramiento del rendimiento se da combinando factores como nutrición y condición física con el desempeño, interés y constancia de una manera equilibrada y gradual.
Problemas metabólicos o alimenticios llevan a un bajo desempeño en la actividad física por desequilibrio entre lo que se fabrica (anabolismo) y lo que se destruye. Estos trastornos pueden ser fatales para las personas. Entre los ejemplos comunes de estas dificultades están la obesidad, la anorexia y la bulimia.

Catabolismo, anabolismo y metabolismo: relación con las actividades fisicas

Las reacciones anabólicas y catabólicas siguen lo que se llaman rutas metabólicas; ambos tipos de rutas se combinan unas con otras para producir compuestos finales específicos y esenciales para la vida. La bioquímica ha determinado la forma en que se entretejen algunas de estas rutas, pero muchos de los aspectos más complejos y ocultos se conocen sólo en parte. En esencia, las rutas anabólicas parten de compuestos químicos relativamente simples y difusos llamados intermediarios. Estas vías utilizan la energía que se obtiene en las reacciones catalizadas por enzimas y se orientan hacia la producción de compuestos finales específicos, en especial macromoléculas en forma de hidratos de carbono, proteínas y grasas. Valiéndose de otras secuencias enzimáticas y moviéndose en sentido contrario, las rutas catabólicas disgregan las macromoléculas complejas en compuestos químicos menores que se utilizan como bloques estructurales relativamente simples.
Los procesos metabólicos se pueden agrupar en dos rutas, dependiendo de su propósito bioquímico. El catabolismo es la fase de degradación por el cual se degradan moléculas, como carbohidratos, proteínas y grasas, en moléculas más simples como piruvato, etanol y bióxido de carbono. Los procesos en las reacciones catabólicas se caracterizan por oxidación, liberación de energía libre y reacciones de convergencia. El anabolismo es la síntesis de grandes moléculas complejas a partir de otras precursoras más pequeñas. Esta ruta se caracteriza por reacciones de reducción, requerimiento de entrada de energía y divergencia de las vías de reacción. El catabolismo libera la energía potencial de las moléculas combustibles y la captura de ésta en el ATP. El anabolismo utiliza la energía libre en el ATP para realizar un trabajo; en consecuencia el catabolismo y el anabolismo están acoplados.
Desde el punto de vista termodinámico, el metabolismo es un proceso de transformación de energía, donde el catabolismo proporciona la energía para el catabolismo. El ATP es el acarreador molecular universal de energía libre útil, la cual es la energía transferida del catabolismo al anabolismo. La cantidad de energía disponible en el ATP se define en términos del cambio de energía libre estándar, DG°'. El cambio de energía libre estándar para la reacción reversible ATP más agua genera ADP es de 30kJ/mol. Esta es la cantidad de energía disponible que resulta de la transferencia de un grupo fosforilo del ATP a otra molécula, como el agua. Esta química involucra la ruptura hidrolítica de un enlace fosfoanhídrido. El ATP es capaz de transportar y transferir energía útil por: la estabilización por resonancia de los productos de la transferencia del grupo fosforilo y, los efectos de repulsión de carga en el ATP.
El ATP pertenece a un grupo de moléculas que se utilizan en la célula para transferir energía. Este grupo de moléculas se clasifican según su capacidad de transferir un grupo fosforilo. El ATP se ubica en el punto medio de las moléculas ricas en energía, por ello puede actuar como un intermediario común para conectar dos reacciones, en un proceso que libere energía y otro que la requiera.
Gran parte de lo que sabemos acerca de los detalles de las reacciones metabólicas, proviene del seguimiento de moléculas marcadas con isótopos radiactivos a lo largo de las rutas metabólicas o del estudio directo de cada reacción individual utilizando la enzima implicada aislada del organismo y células particulares.

Las rutas metabólicas son reguladas a varios niveles, desde dentro de la célula y desde afuera. La regulación más inmediata es mediada por la disponibilidad del sustrato. Un segundo tipo de control rápido desde el interior de la célula es la regulación alostérica por un intermediario metabólico o coenzima que indica el estado metabólico o interno de la célula. En los organismo multicelulares las actividades metabólicas de diversos tejidos son regulas e integradas por factores de crecimiento y hormonas que actúan desde fuera de la célula. En algunos casos esta regulación sucede casi instantáneamente (algunas veces en menos de un milisegundo) a través de cambios en los niveles de mensajeros intracelulares que modifican la actividad de moléculas enzimáticas existentes mediante mecanismos alostéricos o por modificaciones covalentes como la fosforilación. En otros casos una señal extracelular modifica la concentración celular de una enzima alterando la velocidad de sus síntesis o degradación, de modo que el efecto se observa después de varios minutos u horas.

La transformación de los alimentos 

La digestión es el proceso de transformación de los alimentos, previamente ingeridos, en sustancias más sencillas para ser absorbidos. La digestión ocurre tanto en los organismos pluricelulares como en las células, como a nivel subcelular. En este proceso participan diferentes tipos de enzimas. El aparato digestivo (aparato y sistema, ya que un sistema es el conjunto de órganos con el mismo tejido, el aparato es todo lo contrario; pueden formar parte de un aparato incluso varios sistemas) es muy importante en la digestión ya que los organismos heterótrofos dependen de fuentes externas de materias primas yenergía para crecimiento, mantenimiento y funcionamiento. El alimento se emplea para generar y reparar tejidos y obtención de energía. Los organismos autótrofos (las plantas, organismos fotosintéticos), por el contrario, captan la energía lumínica y la transforman en energía química, utilizable por los animales.
En cada paso de la conversión energética de un nivel a otro hay una pérdida de materia y energía utilizable asociada a la mantención de tejidos y también a la degradación del alimento en partículas más pequeñas, que después se reconstituirán en moléculas tisulares más complejas.
También es el proceso en que los alimentos al pasar por el sistema digestivo son transformados en nutrientes y minerales que necesita nuestro cuerpo.
En los humanos, la digestión empieza en la cavidad oral, donde los alimentos son masticados. La saliva es secretada en la boca, en grandes cantidades (1-1,5L/d) por tres pares de glándulas salivales (parótida, submaxilar y sublingual) y es mezclada por la lengua, con la comida masticada.
Al tragar, se transporta la comida masticada hasta el esófago, pasando a través de la orofaringe y la hipofaringe. El mecanismo para tragar es coordinado por el centro de tragado en la médula espinal. El reflejo inicial es iniciado por receptores de tacto en la faringe cuando el bolus de alimentos es empujado hasta la parte de atrás de la boca.
La comida llega al estómago, después de pasar a través del esófago y superar el esfínter llamado cardias. En el estómago, la comida es degradada adicionalmente y minuciosamente mezclada con el ácido gástrico y las enzimas digestivas que degradan las proteínas en su gran medida pepsina. El ácido por sí mismo, no degrada las moléculas de alimento, más bien el ácido proporciona un pH óptimo para la reacción de la enzimapepsina. Las células parietales del estómago, también secretan una glicoproteína llamada factor intrínseco, el cual permite la absorción de vitamina B12. Otras moléculas pequeñas, tales como el alcohol son absorbidas en el estómago pasando a través de la membrana y entrando al sistema circulatorio directamente. Un corte transverso del canal alimentario, revela cuatro capas distintas y bien desarrolladas, llamadas serosa, capa muscular, submucosa y mucosa.

• Serosa: Es la capa más externa, formada por una delgada capa de células mesoteliales.
• Capa muscular: esta bien desarrollada para agitar la comida. Tiene una capa externa longitudinal, una media lisa y una interna oblicua.
• Submucosa: tiene tejido conectivo conteniendo vasos linfáticos, vasos sanguíneos y nervios.
• Mucosa: contiene grandes pliegues llenos con tejido conectivo. Las glándulas gástricas están en lámina propia. Las glándulas gástricas pueden ser simples o tubulares ramificadas y secretan ácido clorhídrico, moco, pepsinógeno y renina