El Metabolismo

El metabolismo es el conjunto de procesos y transformaciones químicas a través de las cuales se renuevan las diversas sustancias del organismo. Se activa después de la digestión, y se basa en la re-absorción y la transformación de las sustancias alimenticias. El metabolismo tiene dos componentes. El anabolismo, (creación de sustancias) que es el proceso de síntesis por el que se elaboran sustancias indispensables para el funcionamiento del organismo, y que necesitan ser renovadas continuamente; y el catabolismo, (destrucción de sustancias) en el que se produce energía - calorías - mediante la rotura o fraccionamiento de otras sustancias. Durante el metabolismo, el organismo desprende una cantidad variable de energía. La cantidad mínima de energía que necesita el organismo en reposo, por el sólo hecho de estar vivo, es el metabolismo basal.
Cada persona tiene un metabolismo distinto, y sus particularidades vienen inscritas en los genes. Sin embargo, el metabolismo no es algo inmutable, y puede sufrir modificaciones. El ejercicio, por ejemplo, hace aumentar el metabolismo, así como todo lo que comporte una liberación de adrenalina, como el esfuerzo, el estrés, el miedo o la ansiedad. El sueño, en cambio, desciende el metabolismo.
La edad también influye en el metabolismo; por ejemplo, un recién nacido tiene un metabolismo dos veces más activo que un adulto. Vivir en zonas frías también aumenta el metabolismo, mientras que la desnutrición o una dieta descompensada o extrema, reducen el metabolismo en un 25%.
El metabolismo se produce en las células, sin embargo, los principales protagonistas de este proceso son dos: la glándula tiroides y el hígado.
La glándula tiroides, ubicada en el cuello, segrega unas hormonas que regulan el ritmo de nuestro metabolismo. Si algo funciona mal en la glándulas tiroides, sus repercusiones afectan a todo el organismo. En el caso de hipotiroidismo - la tiroides segrega poca cantidad de hormonas - el metabolismo se ralentiza, lo cual tiene repercusiones especialmente graves en los niños durante la edad de crecimiento. En el caso de hipertiroidismo - es decir, cuando la secreción de la tiroides es excesiva - el metabolismo se acelera, lo que comporta una combustión más intensa de los alimentos, así como una aceleración de la respiración y de los latidos del corazón.
Si la glándula tiroides es quien "dirige" el metabolismo, la "fábrica" es el hígado. Este órgano es el que interviene más intensamente en los procesos de transformación metabólicos. Una vez los alimentos ya han sido digeridos por el estómago, los componentes útiles son absorbidos por la sangre y transportados al hígado. Así, en el hígado se produce la síntesis de sustancias a partir de los hidratos de carbono, como la glucosa o la sacarosa. La síntesis de la glucosa es de vital importancia, ya que algunos órganos, como el corazón o el cerebro, sólo pueden obtener energía a través de la glucosa. En el hígado, además, también se sintetizan proteínas muy importantes para el organismo, como la albúmina, el fibrinógeno o la haptoglobina.



En el metabolismo hay complejos procesos interrelacionados que son la base de la vida, a escala molecular, y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse, mantener sus estructuras,responder a estímulos, etc. Mediante esas reacciones se transforman las moléculas nutritivas que, digeridas y transportadas por la sangre, llegan a ellas, tiene principalmente dos finalidades:
·Obtener energía química utilizable por la célula, que se almacena en forma de ATP (adenosín trifostato). Esta energía se obtiene por degradación de los nutrientes que se toman directamente del exterior o bien por degradación de otros compuestos que se han fabricado con esos nutrientes y que se almacenan como reserva.
 ·Fabricar sus propios compuestos a partir de los nutrientes, que serán utilizados para crear sus estructuras o para almacenarlos como reserva.

Al producirse en las células de un organismo, se dice que existe un metabolismo celular permanente en todos los seres vivos, y que en ellos se produce una continua reacción química.

El metabolismo se divide en dos procesos conjugados: catabolismo y anabolismo. Las reacciones catabólicas liberan energía; un ejemplo es la glucólisis, un proceso de degradación de compuestos como la glucosa, cuya reacción resulta en la liberación de la energía retenida en sus enlaces químicos. Las reacciones anabólicas, en cambio, utilizan esta energíaliberada para restaurar enlaces químicos y construir componentes de las células como lo son las proteínas y los ácidos nucléicos. El catabolismo y el anabolismo son procesos acoplados que hacen al metabolismo en conjunto, puesto que cada uno depende del otro.

Este proceso se realiza en las personas con unas enzimas localizadas en el hígado. En el caso de las drogas psicoactivas a menudo lo que se trata simplemente es de eliminar su capacidad de pasar a través de las membranas de lípidos, de forma que ya no puedan pasar la barrera hematoencefálica, con lo que no alcanzan el sistema nervioso central, por tanto, la importancia del hígado y el porqué este órgano se ve afectado comúnmente en los casos de consumo masivo o continuado de drogas.

La economía que la actividad celular impone sobre sus recursos obliga a organizar estrictamente las reacciones químicas del metabolismo en vías o rutas metabólicas, donde un compuesto químico (sustrato) es transformado en otro (producto), y este a su vez funciona como sustrato para generar otro producto, siguiendo una secuencia de reacciones bajo la intervención de diferentes enzimas (generalmente una para cada sustrato-reacción). Las enzimas son esenciales en el metabolismo ya que son aquellas que agilizan las reacciones físico-químicas, pues hacen que posibles reaccione stermodinámicas deseadas pero "no favorables", mediante un acoplamiento, resulten en reacciones favorables. Debido a que las enzimas se comportan como factores reguladores de las vías metabólicas, modificando su funcionalidad –y por ende, la actividad completa de la vía metabólica– en respuesta al ambiente y necesidades de la célula, o según señales de otras células, son llamadas catalizadores biológicos.

El metabolismo de un organismo determina las sustancias que encontrará nutritivas y cuáles encontrará tóxicas. Por ejemplo, algunas procariotas utilizan sulfuro de hidrógeno como nutriente, pero este gas es venenoso para los animales.² La velocidad del metabolismo, el rango metabólico, también influye en cuánto alimento va a requerir un organismo.

Una característica del metabolismo es la similitud de las rutas metabólicas básicas incluso entre especies muy diferentes. Por ejemplo: la secuencia de pasos químicos en una vía metabólica como el ciclo de Krebs es universal entre células vivientes tan diversas como la bacteria unicelular (Escherichia coli) y organismos pluricelulares como el elefante.³ Esta estructura metabólica compartida es probablemente el resultado de la alta eficiencia de estas rutas, y de su temprana aparición en la historia evolutiva.^4 5       

Biomoléculas Principales

La mayor parte de las estructuras que componen a los animales, plantas y microbios pertenecen a alguno de estos tres tipos de moléculas básicas:aminoácidos, glúcidos y lípidos (también denominados grasas). Como estas moléculas son vitales para la vida, el metabolismo se centra en sintetizar estas moléculas, en la construcción de células y tejidos, o en degradarlas y utilizarlas como recurso energético en la digestión. Muchas biomoléculas pueden interaccionar entre sí para crear polímeros como el ADN (ácido desoxirribonucleico) y las proteínas. Estas macromoléculasson esenciales en los organismos vivos. En la siguiente tabla se muestran los biopolímeros más comunes:

Tipo de molécula	Nombre de forma de monómero	Nombre de formas de polímero
Proteínas	Aminoácidos	Polipéptidos
Carbohidratos	Monosacáridos	Polisacáridos
Ácidos nucleicos	Nucleótidos	Polinucleótidos

Aminoácidos y proteínas

Las proteínas están compuestas por los aminoácidos, dispuestos en una cadena lineal y unidos por enlaces peptídicos. Las enzimas son proteínas que catalizan las reacciones químicas en el metabolismo. Otras proteínas tienen funciones estructurales o mecánicas, como las proteínas del citoesqueleto que forman un sistema de andamiaje para mantener la forma de la célula.^15 16 
Las proteínas también son partícipes de la comunicación celular y la respuesta inmune.

Lipidos

Los lípidos son las biomoléculas que presentan más biodiversidad. Su función estructural básica es formar parte de lasmembranas biológicas como la membrana celular, o bien como recurso energético.¹⁷ Los lípidos son definidos normalmente como moléculas hidrofóbicas o anfipáticas, que se disuelven en solventes orgánicos como la bencina o elcloroformo.¹⁸ Las grasas son un grupo de compuestos que incluyen ácidos grasos y glicerol; una molécula de glicerol junto a tres ácidos grasos éster dan lugar a una molécula de triglicérido.¹⁹ Se pueden dar variaciones de esta estructura básica, que incluyen cadenas laterales como la esfingosina de los esfingolípidos y los grupos hidrofílicos tales como los gruposfosfato en los fosfolípidos. Esteroides como el colesterol son otra clase mayor de lípidos sintetizados en las células.²⁰

Los Carbohidratos

Los carbohidratos son aldehídos o cetonas con grupos hidroxilo que pueden existir como cadenas o anillos. Los carbohidratos son las moléculas biológicas más abundantes, y presentan varios papeles en la célula; algunos actúan como moléculas de almacenamiento de energía (almidón y glucógeno) o como componentes estructurales (celulosa en las plantas, quitina en los animales).¹⁷ Los carbohidratos básicos son llamados monosacáridos e incluyen galactosa,fructosa, y el más importante la glucosa. Los monosacáridos pueden sintetizarse y formar polisacáridos.²¹

Los Nucléotidos 

Los polímeros de ADN (ácido desoxirribonucléico) y ARN (ácido ribonucléico) son cadenas de nucleótidos. Estas moléculas son críticas para el almacenamiento y uso de la información genética por el proceso de transcripción y biosíntesis de proteínas.¹⁷ Esta información se encuentra protegida por un mecanismo dereparación del ADN y duplicada por un mecanismo de replicación del ADN. Algunos virus tienen un genoma de ARN, por ejemplo el HIV, y utilizan retrotranscripción para crear ADN a partir de su genoma viral de ARN;²² estos virus son denominados retrovirus. El ARN de ribozimas como los ribosomas es similar a las enzimas y puede catabolizar reacciones químicas. Los nucleósidos individuales son sintentizados mediante la unión de bases nitrogenadas con ribosa. Estas bases son anillos heterocíclicos que contienen nitrógeno y, según presenten un anillo o dos, pueden ser clasificadas comopirimidinas o purinas, respectivamente. Los nucleótidos también actúan como coenzimas en reacciones metabólicas de transferencia en grupo.²³

Las Coenzimas

El metabolismo con lleva un gran número de reacciones químicas, pero la gran mayoría presenta alguno de los mecanismos de catálisis básicos de reacción de transferencia en grupo.²⁴ Esta química común permite a las células utilizar una pequeña colección de intermediarios metabólicos para trasladar grupos químicos funcionales entre diferentes reacciones.²³ Estos intermediarios de transferencia de grupos son denominados coenzimas. Cada clase de reacción de grupo es llevada a cabo por una coenzima en particular, que es el sustrato para un grupo de enzimas que lo producen, y un grupo de enzimas que lo consumen. Estas coenzimas son, por ende, continuamente creadas, consumidas y luego recicladas.²⁵

La coenzima más importante es el adenosín trifosfato (ATP). Este nucleótido es usado para transferir energía química entre distintas reacciones químicas. Solo hay una pequeña parte de ATP en las células, pero como es continuamente regenerado, el cuerpo humano puede llegar a utilizar su propio peso en ATP por día.²⁵ El ATP actúa como una conexión entre el catabolismo y el anabolismo, con reacciones catabólicas que generan ATP y reacciones anabólicas que lo consumen. También es útil para transportar grupos fosfato en reacciones de fosforilación.

Una vitamina es un compuesto orgánico necesitado en pequeñas cantidades que no puede ser sintetizado en las células. En la nutrición humana, la mayoría de las vitaminas trabajan como coenzimas modificadas; por ejemplo, todas las vitaminas hidrosolubles son fosforiladas o acopladas a nucleótidos cuando son utilizadas por las células.²⁶

La nicotinamida adenina dinucleótido (NAD), un derivado de la vitamina B, es una importante coenzima que actúa como aceptor de protones. Cientos de deshidrogenasas eliminan electrones de sus sustratos y reducen el NAD⁺ en NADH. Esta forma reducida de coenzima es luego un sustrato para cualquier componente en la célula que necesite reducir su sustrato.²⁷ El NAD existe en dos formas relacionadas en la célula, NADH y NADPH. El NAD⁺/NADH es más importante en reacciones catabólicas, mientras que el NADP⁺/NADPH es principalmente utilizado en reacciones anabólicas.