El metabolismo de un organismo transforma la materia y la energía

vías anabólicas y vías catabólicas

La totalidad de las reacciones químicas de un organismo se conocen como metabolismo. El metabolismo es una propiedad emergente de la vida que surge de las interacciones de las moléculas dentro del ambiente organizado de la célula.

Organización de la química de la vida en vías metabólicas

Podemos dibujar el metabolismo de una célula como un elaborado mapa de ruta de miles de reacciones químicas que ocurren en una célula, dispuestas como vías metabólicas que se cruzan. Una vía metabólica comienza con una molécula específica, que luego se altera en una serie de pasos definidos que dan como resultado un determinado producto. Cada paso de la vía es catalizado por una enzima específica.

Igual que las luces rojas, amarillas y verdes que controlan el tráfico, los mecanismos que regulan las enzimas equilibran los suministros y las demandas metabólicas, y detectan déficit o excedentes de moléculas celulares importantes.

El metabolismo, como un todo, maneja el material y los recursos energéticos de las células. Algunas vías metabólicas liberan energía degradando moléculas complejas a compuestos más simples. Estos procesos se conocen como vías catabólicas o vías de descomposición. Una vía principal del catabolismo es la respiración celular, en la cual el azúcar glucosa y otros combustibles orgánicos se degradan en presencia de oxígeno a dióxido de carbono y agua (las vías pueden tener más de una molécula de inicio y/o producto).

La energía almacenada en las moléculas orgánicas queda disponible para realizar el trabajo de la célula, como el movimiento de los cilios o el transporte a través de la membrana. Las vías anabólicas, por el contrario, consumen energía para construir moléculas complicadas a partir de otras más simples; en ocasiones, se las llama vías biosintéticas. Un ejemplo de anabolismo es la síntesis de una proteína a partir de los aminoácidos. Las vías catabólica y anabólica son las calles “ida” y “vuelta” del mapa metabólico. La energía liberada a partir de las reacciones de ida del catabolismo puede almacenarse y luego emplearse para impulsar las reacciones de vuelta de las vías anabólicas.

Formas de energía

La energía es la capacidad de producir cambios. En la vida cotidiana, la energía es importante porque algunas formas de la misma pueden emplearse para realizar trabajo; es decir, para mover la materia en contra de las fuerzas opuestas, como la de la gravedad o de la fricción. Dicho de otro modo, la energía es la capacidad de reorganizar un conjunto de materia. Por ejemplo, las células gastan energía para transportar ciertas sustancias a través de las membranas. La energía existe de varios modos, y el trabajo de la vida depende de la capacidad de las células para transformar la energía de un tipo en otro.

La energía puede asociarse con el movimiento relativo de los objetos; esta energía se conoce como energía cinética. El movimiento de objetos puede realizar trabajo impartiendo movimiento a otra materia: un jugador de billar utiliza el movimiento del taco para empujar la bola, que a su vez mueve las otras bolas. La luz también es un tipo de energía que puede aprovecharse para llevar a cabo trabajo, como aportar la energía para la fotosíntesis en las plantas. El calor o energía térmica es energía cinética asociada con el movimiento aleatorio de los átomos y de las moléculas.

Incluso un objeto que no está en movimiento en este momento puede poseer energía. La energía que no es cinética se conoce como energía potencial; es la energía que posee la materia por su localización o su estructura. El agua que se encuentra dentro de una presa, por ejemplo, almacena energía por su altitud por encima del nivel del mar. Las moléculas almacenan energía por la disposición de sus átomos.

La energía química es un término empleado por los biólogos para referirse a la energía potencial disponible para liberarse en una reacción química. Recuerda que las vías catabólicas liberan energía al degradar moléculas complejas. Los biólogos afirman que estas moléculas complejas, como la glucosa, tienen mucha energía química. Durante una reacción catabólica, los átomos se reordenan y se libera energía, lo que da como resultado productos de degradación de menor energía. Esta transformación también ocurre, por ejemplo, en el motor de un automóvil cuando los hidrocarburos del combustible reaccionan de forma explosiva con el oxígeno y liberan la energía que impulsa a los pistones y produce gases de combustión.

Si bien menos explosiva, una reacción similar entre las moléculas de alimento con el oxígeno proporciona la energía química de los sistemas biológicos, y producen dióxido de carbono y agua como productos de desecho. Son estas estructuras y vías bioquímicas de las células las que les permiten liberar la energía química de las moléculas de los alimentos, para impulsar los procesos vitales.