Los procesos metabólicos son secuencias de reacciones bioquímicas que tienen lugar dentro de las células vivas para mantener la vida. Se pueden dividir en dos tipos principales. Los procesos catabólicos, o vías, implican la descomposición de moléculas complejas de los alimentos en unidades más pequeñas que pueden usarse como bloques de construcción para nuevas moléculas o para proporcionar energía. Las vías anabólicas implican el uso de energía para construir nuevas sustancias químicas que se convierten en componentes de las células. Estas reacciones son posibles gracias a una serie de catalizadores orgánicos conocidos como enzimas.
Juntos, los dos tipos de procesos metabólicos permiten la transformación de las materias primas, o nutrientes, que son absorbidos por un organismo en tejido. Un compuesto, común a toda la vida celular, es esencial para estas transformaciones. El trifosfato de adenosina (ATP) se utiliza para almacenar energía obtenida de nutrientes, como los carbohidratos, y para liberar energía cuando se requiere para la formación de nuevas moléculas.
Procesos catabólicos
Algunos organismos, como las plantas verdes, elaboran su propio alimento a partir de materiales inorgánicos, mientras que otros, como los animales, consumen materiales orgánicos para obtener su nutrición. Los alimentos que consumen los animales se pueden dividir en tres tipos principales: carbohidratos, lípidos (grasas y aceites) y proteínas. La digestión implica procesos catabólicos que los descomponen en componentes más simples. Por ejemplo, los carbohidratos relativamente complejos, como los polisacáridos y los disacáridos, se descomponen en glucosa y las proteínas se descomponen en aminoácidos. Estos compuestos más simples se pueden utilizar mediante procesos anabólicos para construir nuevos materiales, o se pueden descomponer aún más para proporcionar energía.
La respiración celular es el proceso por el cual los carbohidratos glucosa (C6H12O6) se descomponen en dióxido de carbono (CO2) y agua (H2O), produciendo energía que se almacena en ATP. El procedimiento implica oxidación, y donde hay oxígeno atmosférico disponible, se utiliza en lo que se conoce como respiración aeróbica. Este es el proceso que tiene lugar en animales, plantas y algunos microorganismos. La reacción general se puede resumir como
C6H12O6 + 6O2 -> 6CO2 + 6H2O
pero el proceso tiene lugar en varias etapas y los detalles son bastante complejos.
En condiciones donde no hay oxígeno libre, tiene lugar la respiración anaeróbica. Esto se encuentra solo en ciertos microorganismos que viven en el suelo, la materia orgánica en descomposición, debajo del mar, en las profundidades del subsuelo y en los intestinos de los animales. Estos organismos utilizan alternativas como nitratos, sulfatos, fumarato e incluso azufre en lugar del oxígeno libre. La respiración anaeróbica es mucho menos eficiente que el proceso aeróbico y produce mucho menos ATP, pero al principio de la historia de la Tierra, antes de que hubiera oxígeno libre en la atmósfera, esta era la única forma de respiración posible.
En los animales, los lípidos también se oxidan a dióxido de carbono y agua, pero los primeros pasos son diferentes. La química de los organismos tiene lugar en un entorno a base de agua, pero las grasas y los aceites no se mezclan con el agua. El primer paso es emulsionar estas sustancias, lo que significa convertirlas en una forma que se mezcle con el agua, de la misma manera que los detergentes pueden ayudar a limpiar los derrames de petróleo. Esto se realiza mediante sustancias similares al jabón contenidas en la bilis que la vesícula biliar libera al intestino delgado. Luego, los lípidos se descomponen en ácidos grasos y glicerol, que pueden ser absorbidos a través de los intestinos y que luego pueden sufrir reacciones de oxidación similares a las que se realizan con los carbohidratos.
Las proteínas son moléculas muy grandes y complejas, formadas por componentes básicos conocidos como aminoácidos. Son metabolizados por diversas reacciones que los dividen en sus aminoácidos, que pueden ser absorbidos y luego utilizados dentro de las células. Generalmente, las proteínas no se utilizan para proporcionar energía, sino que los aminoácidos se utilizan para fabricar nuevas proteínas para construir tejido y músculo. En los casos en que no haya carbohidratos o grasas disponibles en la dieta, y el cuerpo haya agotado sus reservas de grasa, las proteínas pueden usarse para generar energía, mediante la oxidación de sus aminoácidos. En estos casos, el cuerpo puede comenzar a descomponer las proteínas musculares.
Procesos anabólicos
También conocidas como biosíntesis, son reacciones que consumen la energía almacenada en el ATP mediante procesos catabólicos. Incluyen la construcción de proteínas a partir de aminoácidos y la construcción de ADN a partir de nucleótidos. En los animales, las contracciones musculares que impulsan el movimiento también pueden incluirse, ya que requieren el uso de energía almacenada. En las plantas, la síntesis de glucosa a partir de dióxido de carbono y agua a través de la fotosíntesis es otra vía anabólica.
Procesos metabólicos y peso corporal
La energía obtenida de los alimentos por catabolismo se puede utilizar de inmediato, mediante procesos anabólicos, pero si no se utiliza, gran parte se almacena en forma de grasa. La cantidad de energía que se puede extraer de un alimento se puede medir en calorías. Del mismo modo, la cantidad consumida por diversas formas de ejercicio también se puede medir de esta manera. Si se consumen constantemente más calorías de las que se utilizan, se acumulará grasa, lo que resultará en un aumento de peso. Por el contrario, si se gastan más calorías de las que se consumen, el cuerpo obtendrá energía utilizando sus reservas de grasa, perdiendo peso.