Valeria Arenas Tamayo Ensayo “El río viviente” Metabolismo y vida Asimov pretende a través de este texto hacer entender los procesos metabólicos metabólicos de manera sencilla con aplicaciones prácticas. Capítulo 10 “Azúcar e islotes” (Carbohidratos) Los compuestos orgánicos de la comida moléculas más pequeñas
deben ser degradados por enzimas, convertidos en
sus componentes C y H, se mezclan con el O en la sangre y liberan
energía. Existen tres clases principales; carbohidratos, lípidos y proteínas, definidos en un comienzo por su solubilidad en agua. Por sus características, los carbohidratos se disuelven en agua y se solubilizan con acido, los lípidos son insolubles en agua y solubilizan expuestos al calor con álcali, las proteínas por su parte son solubles en agua caliente e insolubles en agua fría. Su composición se da en diferentes proporciones; las moléculas de carbohidratos están compuestas por átomos de C, H y O en razón aproximada 10:20:30, las moléculas de lípidos compuestas por los mismos elementos presentan proporción de 10:20:1, las proteínas se conforman de la misma manera con presencia de N y P. Abordando Abordando de manera amplia los carbohidratos, carbohidratos, se habla del almidón como su asociado más abundante, presente en alimentos vegetales como tubérculos y hortalizas y en menor medida en animales. Aunque su composición varia según la forma en que se presente, por regla general está constituido constituid o por unidades de 6 carbones, unidos en cadenas rectas y ramificadas, ramificadas , es decir, glucosa. Su hidrólisis o separación se da al calentarse en agua con presencia de ácido y resulta en la formación de unidades aisladas. Esta es facilitada por las enzimas del aparato digestivo, la amilasa, presente en la saliva y el jugo pancreático destruye el almidón y forman la maltosa, unidades glucosa-glucosa. Continuando la digestión, al intestino delgado el almidón llega degradado en maltosa, y con ayuda de la maltasa, en su hidrólisis se forman dos moléculas de glucosa, las cuales son absorbidas por el organismo. Por su solubilidad y sabor dulce, los carbohidratos se conocen como azúcares. La celulosa, como un carbohidrato de origen vegetal, resulta en moléculas más condensadas y poco digeribles por enzimas animales, esto da muestra de cómo los mismos compuestos, presentes de
distintas maneras en la naturaleza satisfacen distintas necesidades, ya sea el almidón como fuente de energía o la celulosa en función la de estructuración vegetal. En la dieta humana están presentes varios carbohidratos, entre ellos la sacarosa, formada por dos unidades diferentes de seis carbones, glucosa y fructosa, ambos azúcares de seis átomos, cuyos átomos de H están dispuestos de manera diferente, lo cual define sus propiedades, en cuanto a textura y humedad; su hidrólisis está dada por la enzima sacarosa, que la convierte en unidades de glucosa y fructosa degradadas por el organismo. Ambas son conocidas como azúcar de fruta. La lactosa, insípida y presente en la leche, es otro importante carbohidrato conformado por glucosa y galactosa, ambas con distribuciones atómicas diferentes y absorbidas por separado. Con esto, el organismo, aunque hidroliza carbohidratos en diferentes presentaciones solo absorbe glucosa, resultante de la degradación de fructosa y galactosa, y la transporta a la sangre. Ya en la sangre, la glucosa se disuelve en el plasma y se dirige a las células del cuerpo, estas, al combinarla con O forman CO2, H2O y energía, convirtiéndose en su combustible. A pesar de su acción conjunta los flujos de glucosa y oxígeno no se dan en las mismas cantidades, pero es el hígado el encargado de regular sus funciones. A este llegan desde el intestino a través de la vena porta, y se transportan en él por sinusoides, lo cual permite que se absorba la glucosa de la sangre. La sangre pasa por la vena supra-hepática hacia el corazón y se une a la circulación. En el hígado se determina la cantidad exacta de glucosa que necesita la sangre, es decir, 9 décimos de gramo de glucosa por litro de sangre, que transportada en diferentes ciclos es suficiente para suministrar 1700 kilocalorías al humano, la cantidad mínima diaria necesaria. El hígado además de extraer glucosa también la almacena, en forma de glucosa condensada llamada glucógeno, que se acumula sin interferir con otras funciones, este es degradado de nuevo en glucosa y se vierte en la sangre, cuando esta carece de glucosa, luego de ser absorbida por todas las células del cuerpo. Estos procesos permiten que el nivel de “ azúcar ” en sangre se mantenga constante. Los procesos de degradación y construcción de glucosa están mediados principalmente por enzimas, su ausencia o poca producción trae consigo desequilibrios metabólicos, en ocasiones fatales, como la enfermedad por almacenamiento de glucógeno, la galactosemia, o la diabetes, relacionados con la inhibición competitiva. El regulador de las reacciones químicas que permiten el equilibrio corporal de los glúcidos, es la insulina, una hormona producida junto al glucagón en el páncreas por los islotes de Langerhans (en honor a su descubridor). Permite que la concentración de glucosa sanguínea disminuya, ya que las
células del hígado absorben parte de la glucosa y la almacenan y otra la usan para producir energía, pero sin la secreción de insulina las células del hígado y otros órganos disminuyen la absorción de glucosa y su concentración en sangre aumenta. Los niveles altos de glucosa en sangre aumentan la secreción de insulina y la concentración de azúcar, baja; la poca concentración de glucosa en sangre disminuye la secreción de insulina y el azúcar sanguíneo se eleva. Los islotes están conformados por dos células, una llamada beta, encargada de la producción de insulina y la otra alfa, que secretan glucagón, que tiene una acción contraria la insulina. Existen pruebas para la determinación de presencia de glucosa en sustancias, como la solución de Bennedict
y la prueba de papeles impregnadas de enzimas, estas pruebas son utilizadas para la
identificación de trastornos metabólicos, padecimientos relacionados con la alteración de la química corporal, como la diabetes que se diagnostica sin embargo con la prueba de tolerancia a la glucosa, y aunque no se cura se puede controlar, con la administración de insulina inyectada formada por 48 ácidos aminados y preparada con proteínas inactivas que desencadenan su acción lentamente. Se estudian otros métodos que permitan el control de la producción de insulina, como sustancias inhibidoras de insulinasa que se sintetizan con facilidad al ser ingeridas. La insulina facilita el paso de la glucosa a la sangre al acelerar la acción de la glucoquinasa hasta convertir la glucosa-6-fosfato en glucógeno, del cual se obtiene energía luego de algunas reacciones; esto significa que si hay escasez de insulina, la glucoquinasa trabaja mal, la glucosa-6-fosfato se forma despacio, y la insulina que ya está formada desaparece lentamente, generándose acumulación de glucosa y con ello la diabetes. Algunos científicos consideran que la entrada de glucosa a la sangre se da a través de transporte activo, cuando la insulina se adhiere a la membrana y acelera el proceso, que sin esta se da por difusión pasiva de forma más lenta, según Asimov estos mecanismos se pueden dar con cualquier hormona, permitiéndoseles regular la química celular, aunque aún no se ha comprobado. Capítulo 11 “Proteínas flotando libremente” (Proteínas) Las proteínas están compuestas por aminoácidos, alrededor de 19 que contienen H, O, C, N, P y se degradan en presencia de ácidos. La molécula de cada acido amino contiene un carbono central al que se une un grupo amino formado por un átomo de nitrógeno y dos de hidrógeno y un grupo carboxilo, constituido por un átomo de carbono, dos de oxigeno, uno de hidrógeno y propiedades ácidas, que le dan el nombre. Por otro lado está unido a un átomo de hidrogeno aislado y su cuarta valencia es completada por una cadena lateral, que representa el factor de diferenciación entre cada
aminoácido, los cuales a su vez pueden unirse condensando sus grupos aminos y carboxilo entre sí, obteniendo dos de estos grupos libres para permitir la unión de otros aminoácidos, a menos que se forme un círculo cerrado. Las diversas cadenas laterales cuentan con propiedades químicas específicas que constituyen las características de la cadena de aminoácidos, con esto, una proteína que tenga un aminoácido de cada tipo puede construirse en millones de formas distintas. Existen entonces proteínas distintas según cada especie, que cumplen con funciones diferentes al ser degradadas en aminoácidos absorbidos por el organismo, aunque no sean de origen propio. Dentro del organismo, la comida en el estómago se mezcla con el jugo gástrico que hidroliza la proteína acelerando el proceso en uso de pepsina, una enzima que rompe los enlaces peptídicos, que unen algunos aminoácidos, al término, las moléculas proteicas entran al intestino delgado como cadenas de aminoácidos, llamadas péptidos. Ya en este se mezclan con el jugo pancreático que contiene triptisina y quimotriptisina (proteasas), que realizan la hidrólisis de algunos enlaces peptidicos diferentes para reducirlas a dos o tres aminoácidos, desintegrados por catepsinas para ser absorbidas. Las enzimas tienen esta capacidad de hidrólisis gracias a que son moléculas proteicas de proporciones y ordenes diferentes. Al ingresar al hígado por la vena porta, este las absorbe y modifica para formar grandes moléculas proteicas que se disuelven en el plasma de la sangre, conformándose la proteína plasmática que flota libre en la sangre y es absorbida y transformada por las células según sus necesidades. El hígado no almacena proteínas ya que existe en menos cantidad que la glucosa, y dada la rara sobreproducción de proteína, sus aminoácidos pierden nitrógeno, son convertidos en urea por el hígado y se expulsan en la orina, lo que resta de aminoácidos puede ser reconstruido y almacenado como glucógeno a través de glucogénesis. En caso de falta de proteína, las células de los tejidos hacen uso de las moléculas presentes en su estructura, ya que cuenta con más proteínas de las necesarias. Por la sangre circulan proteínas plasmáticas por ser más completas que los aminoácidos libres, ya que el hígado equilibra sus aminoácidos proporcionalmente a las necesidades con que se cuente como la regulación de flujo y presión sanguíneas gracias a su tamaño e incluso transforma unos para crear otros, sin omitir la adquisición de los aminoácidos esenciales de la dieta, que adquirieron su importancia luego de experimentos alimenticios en animales y humanos, en los que se medía la cantidad de nitrógeno presente en la comida y los desechos, ya que su presencia determina la existencia de proteínas, hablándose según lo evidenciado en equilibrio, equilibrio negativo o equilibrio positivo de nitrógeno en el caso de quienes ingieren más de lo que desechan, como los niños en
crecimiento o viceversa. En ausencia de un aminoácido que el hígado no puede producir, este quita el nitrógeno a los demás aminoácidos, lo elimina en urea y forma glucógeno. Como resultado de estas pruebas se determinó que existen 8 aminoácidos esenciales, que se producen de distintas maneras en adultos y niños. Al hablar de presión sanguínea se le atribuye a las moléculas proteicas plasmáticas la difusión del líquido intersticial (formado por H2O, iones y moléculas pequeñas) hacia los capilares y debido a la presión osmótica, la expulsión de líquidos en igual proporción, lo cual contrarresta la presión sanguínea y con esto se equilibra la actividad de los vasos sanguíneos. La gravedad de la pérdida de sangre radica en la pérdida de proteínas contenidas en el plasma, pues la recuperación de eritrocitos y hemoglobina es sencilla por su presencia en exceso, contrario a la lenta formación de moléculas proteicas descubierta a través de plasmaféresis y otros experimentos realizados en animales, proceso en el cual la presión osmótica se destruye y los vasos sanguíneos no pueden recuperar el liquido perdido, con esto se concluye que las moléculas proteicas plasmáticas mantienen el volumen sanguíneo mediante el efecto osmótico. Durante la segunda guerra mundial se logró la creación de proteína plasmática solida, (al congelarse sangre y disolverse en alcohol, medio en el que es menos soluble), resistente a variadas temperaturas. Ya que el efecto osmótico está determinado por el tamaño de las moléculas, existen expansores de plasma constituidos en grandes moléculas de compuestos parecidos a los orgánicos, aunque no son igual de efectivos a las moléculas proteicas, encargadas entonces de nutrir, regular el volumen de la sangre con sus efectos en la viscosidad y la presión osmótica y en menor medida el transporte de sustancias. Capitulo 12 “Las dos fases” Los lípidos son sustancias grasosas que pueden ser líquidas como aceites, sólidas como grasas y contienen menos oxígeno que los carbohidratos en proporción 10:20:1 de C, H, O. Los lípidos proporcionan dos veces y cuarto más energía que los hidratos de carbono o proteínas. La mayor reserva de lípidos se encuentra en la grasa subcutánea presente en mayor medida en las mujeres, funciona como almacén alimenticio y protección del cuerpo, aunque en exceso resulta perjudicial. No se constituye en la fuente primaria de energía porque es poco soluble y su entrada en la sangre es más complicada, comparada con la glucosa, lo que quiere decir que el glucógeno representa la reserva de uso rápido y la grasa a largo plazo.
La parte líquida del cuerpo está compuesta de una fase acuosa que contiene agua, iones, proteínas, azúcares etc. y una lipídica que está formada por grasa, esteroides, vitaminas y se juntan durante la digestión. Cuando la comida llega al intestino delgado se sumerge en jugos pancreáticos que contienen lipasa pancreática y degradan las moléculas de grasa. Al entrar en contacto también con bilis compuesto de ácidos y sales biliares cubre los límites entre los glóbulos de grasa y el agua de los líquidos digestivos, así al romperse los glóbulos las sales biliares impiden su unión, el líquido se emulsiona rápidamente, la lipasa pancreática rodea las gotas resultantes, alcanza las moléculas de grasa y las degrada para ser absorbidas, incluso sin completarse la digestión El grupo carboxilo que resulta de la degradación de la molécula de grasa en contacto con lipasa, otorga algo de propiedades ácidas a las grasas ya presentes y forman los ácidos grasos. Otra parte resultante de esta degradación es el glicerol, constituido por 3 carbones a los que se une un grupo oxhidrilo, que enlazado al carboxilo del acido graso permite su unión y con ello la formación de glicéridos, cuya mezcla forma los lípidos. Los ácidos grasos difieren en la longitud de cadena de carbonos y en el número de hidrógenos, que determinan los ácidos grasos saturados (grasas) e insaturados (aceites), así ácidos insaturados mezclados con hidrógeno se saturan y se vuelven grasas, aunque no sucede con todos los ácidos grasos ya que existen los ácidos grasos esenciales. Lo glicéridos dentro de la pared intestinal son reconstituidos y absorbidos por la sangre, penetrando los vasos linfáticos forman lactescentes, al ingresar por el sistema linfático a la sangre entran primero en contacto con células corporales que absorben moléculas de lípido. Una vez absorbida la grasa estas pueden ser degradas para obtener energía, en el ciclo oxidativo de los ácidos grasos. El colesterol es útil en la formación de hormonas sexuales y corticales, debido a que sus estructuras moleculares se parecen al primero, la mayor parte de colesterol se halla en las vainas grasientas que rodean a las fibras nerviosas y una quinta parte del peso seco del cerebro es colesterol que además transporta las lipoproteínas encargadas de dirigir sustancias de la fase lipídica y cuyo derrame desencadena en trombosis en las arterias coronarias y un posible ataque cardíaco. El metabolismo de las biomoléculas representan la activación, inactivación y desarrollo de las funciones vitales del organismo vivo, tal y como lo expone Asimov de manera didáctica a través de analogías que permiten al lector establecer relaciones de comprensión en entornos conocidos, para
este caso en conocimiento de la composición, formación, acción y degradación de los lípidos, proteínas y carbohidratos, las biomoléculas vitales.
