Resumen - Lectura

Todos los seres vivos mantienen con el medio ambiente un desequilibrio que los aleja de la muerte. Sólo al morir se destruyen las barreras que separan unos compartimentos de otros, la estructura de órganos, tejidos, células, etc. ¿Cómo es que se mantiene este orden que representa la vida? Hay, en primer lugar, una complicadísima serie de instrucciones y mecanismos gracias a los cuales todos los organismos vivos cuentan con la información, no sólo para mantenerla, sino para perpetuarla, transmitiéndola a su descendencia. Esa información, a su vez, debe transformarse primero en la realidad de numerosas moléculas y estructuras que son los ejecutores, o los objetos de tales instrucciones.

El fenómeno de la vida, para mantenerse, requiere una gran cantidad de energía; de dónde viene la energía; en un principio viene del Sol y nosotros la aprovechamos, y aunque muchos sabemos que son las plantas las encargadas de esto aunque hay enormes cantidades de algas, muchas de ellas microscópicas, y bacterias que también pueden capturar la energía del Sol. Toda función implica energía.

Fuerza

Es aquello capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo. Ésta puede ser desde la desarrollada por una mesa que sostiene pasivamente un cuerpo, como una máquina de escribir o un cuaderno, hasta la representada por el empuje de un tractor, o la de un músculo que mueve a la vez un hueso, a manera de palanca, para desplazar o levantar un cuerpo.

El trabajo y la energía. Éstos son dos términos equivalentes. El trabajo resulta de aplicar una fuerza sobre un cuerpo y de producir su movimiento a lo largo de un espacio cualquiera, se cuantifica tomando en cuenta la magnitud de la fuerza y el espacio recorrido. La energía es la capacidad, aunque no se haya ejercido, de hacer trabajo; por ejemplo, un coche en movimiento lleva una cantidad de energía que le permite, si se encuentra con algún objeto, moverlo en cierta forma, según la velocidad y la masa o peso que tenga. Ese mismo coche, si yendo a cierta velocidad se topa con un objeto en su camino, realiza trabajo, el cual se puede cuantificar de manera precisa.

Potencia

La potencia de una máquina, por ejemplo, es la capacidad que tiene ésta de realizar cierto trabajo, pero en relación con otra dimensión; el tiempo. Así, un coche que es capaz de subir una cuesta en cinco minutos es mucho más potente que otro que tarda 10 o 15 minutos.

Finalmente, si los conceptos fuerza, trabajo-energía y potencia son diferentes, hay también diferencias en las unidades en que se expresan. Nosotros utilizaremos las unidades de energía-trabajo, las cuales, aunque pueden ser muy diversas, se expresan más comúnmente en el Joule y la caloría. La última representa la cantidad de calor que se requiere para elevar en un grado la temperatura de un gramo de agua. La primera es igual a poco más de cuatro calorías, y fue así denominada en honor al gran científico James Joule, quien realizó un trabajo extraordinario en el campo de la energía. Está además la kilocaloría, caloría grande, o Caloría (con C mayúscula), que es igual a 1 000 calorías pequeñas. Es necesario aclarar, asimismo, que ésta es la unidad que se utiliza sin conocimiento al hablar del valor calórico de los alimentos en la vida diaria.

Es de gran importancia señalar que hay una ley (la cual corresponde a una realidad) que establece que la energía de un sistema no se crea ni se destruye, sino que se transforma.

Son, pues, muchísimas las formas que puede tomar la energía, y de ellas enlistarnos algunas a continuación:

Ø Energía química

Ø Energía eléctrica

Ø Energía mecánica

Ø Energía calorífica

Otra de las transformaciones de energía que no vemos, pero que se realiza con gran intensidad en los organismos vivos, está dada por el movimiento de sustancias a través de membranas. Uno de los casos obvios es el paso de los materiales nutritivos por la pared del intestino para ser aprovechados por nosotros; pero hay también movimientos de esas sustancias al interior de las células. Todas ellas deben nutrirse y desechar aquello que no quieren o no necesitan. Todos los organismos utilizan buena parte de la energía de los materiales de que se alimentan en este proceso de transporte continuo y muy activo de sustancias de unos lugares a otros y hacia dentro o hacia fuera de las células.

Se trata de la renovación constante de las moléculas que los componen; al fin de cuentas todas se cambian constantemente por moléculas nuevas. Aun las moléculas que forman parte de nuestro cerebro, y que se nos antojarían inmutables, están renovándose continuamente.

Pero la renovación significa por una parte que las moléculas grandes o complejas deben ser destruidas, o convertidas en componentes más sencillos. Lo habitual es entonces que, al romperlas, la energía química de sus enlaces se transforme en calor, al menos en su mayor parte. La otra fase de la renovación, la síntesis (formación) de las moléculas nuevas, requiere de otra forma de energía diferente al calor, la cual debe provenir de los alimentos y sus transformaciones.

En suma, las grandes funciones en que se realizan las principales transformaciones de energía en los seres vivos, al menos desde el punto de vista de su cantidad, son:

a) el movimiento,

b) el transporte de nutrientes, y

c) la síntesis de nuevas moléculas.

Asimismo, es necesario insistir en que en toda transformación de energía hay una parte de ella que necesariamente se convierte en calor.

Lavoisier, quien a finales del siglo XVIII observó que si se quemaba glucosa en presencia de aire, se producía calor. Pensando que comemos, o que podemos comer glucosa, y que nuestro organismo produce calor, este sabio imaginó y propuso luego que en nuestro organismo también se utiliza la glucosa por un camino que lleva finalmente a su oxidación y a la producción de bióxido de carbono y agua, pero que la energía del azúcar es de alguna forma aprovechada, o transformada, en alguna otra forma de energía aprovechable por el organismo.

A finales de 1933, un alemán, Fritz Lohman, descubrió el adenosintrifosfato (ATP); pero en ese momento no se tuvo idea de su importancia como la "moneda" energética de las células ni de su distribución universal en los seres vivos, sino hasta cinco o diez años después de su descubrimiento. Hay que tener en cuenta que el mundo científico de aquellos años era sumamente reducido.

Otro de los grandes descubrimientos fue el de la molécula conocida como nicotín adenin dínucleótido (NAD) y la definición de su estructura por el científico alemán Otto Warburg. A lo largo de varios años se aclaró también que esta molécula participa además en las transformaciones de energía de los seres vivos, en un proceso conocido como óxido-reducción, semejante a aquel por el cual los acumuladores de corriente o las pilas eléctricas producen electricidad, y que es un proceso en el cual está implicada una cantidad importante de energía. Se supo así que hay un esquema general, el cual se muestra en la figura 2, que es válido para casi todos los organismos vivos, y según el cual, cuando las moléculas como la glucosa, los ácidos grasos o las proteínas se degradan, se produce energía en la forma de ATP, o como el llamado poder reductor, que no es otra cosa que moléculas como el NAD, que pueden reducirse con la incorporación de átomos de hidrógeno para dar lo que se identifica en la jerga bioquímica como NADH y reoxidarse cuando estos hidrógenos se pierden. Ésta es otra forma de transformar energía.

Para tener una idea de la energía que traen consigo estos cambios de óxido-reducción, baste saber que si dos hidrógenos (en realidad los electrones de estos hidrógenos) del NADH pasan hasta el oxígeno, la cantidad de energía que resulta es de aproximadamente 56 kilocalorías por cada mol. El mol es una unidad de medida igual al peso molecular de un compuesto tomado en gramos. Para el ATP, la energía de cada enlace de fosfato es de sólo 7.5 kilocalorías.

Resulta así un esquema metabólico que ha sido integrado por miles de investigadores a lo largo de varios decenios, y el cual permite tener una idea bastante cercana de los cambios de energía que se dan durante las transformaciones de los diferentes metabolitos en las células o, para ser más precisos, en las mitocondrias.

En 1948, dos investigadores, Schneider y Hogeboom, describieron un método que se antojaba extraordinario, y que abrió enormes posibilidades para la investigación en el mundo de la bioenergética: mediante el uso de una solución adecuada de azúcar común, sacarosa, se podía moler el hígado de una rata de laboratorio preservando la estructura y la función de las mitocondrias, y luego, por centrifugación, separarlas de los otros componentes celulares. Este procedimiento, que en la actualidad se antoja trivial, fue un avance trascendental en la investigación de las transformaciones de la energía. Aunque no se sabía que estos organelos celulares eran los responsables de las transformaciones de la energía, el hecho de tenerlos aislados ofreció a los científicos curiosos la posibilidad de estudiarlos y de definir sus funciones. Pronto (en unos dos decenios) se encontró que eran ellas las responsables de la respiración de las células (que es lo que realmente supone el consumo de oxígeno) y, más aún, que al mismo tiempo que respiraban, realizaban la síntesis del ATP a partir del ADP y el fosfato inorgánico. Se descubrieron los componentes moleculares del sistema que transporta los electrones provenientes originalmente del NADH hacia el exígeno, y los mecanismos generales de formación del agua en este complicado proceso. Sin embargo, el mecanismo de la transformación de la energía propiamente dicho se resistió durante muchos años más a ser aclarado, pese a que fue notable el aumento que hubo de grupos de investigadores interesados en el problema.

De la misma forma, aislaron los cloroplastos de las plantas, que son el equivalente de las mitocondrias de las células animales, y se demostró que estos otros "organelos" son los responsables, y el sitio en el cual se lleva a cabo, de la "captura" de la energía del Sol y los procesos que la acompañan, y que llevan finalmente a la síntesis de la glucosa y otros azúcares utilizando bióxido de carbono, agua y energía luminosa.