Son una serie de cambios químicos que suceden en las células vivas mediante los cuales se proporciona energía al organismo para llevar a cabo procesos y actividades vitales.
Estos procesos físicos y químicos que ocurren en el cuerpo que convierten o usan energía, son principalmente:
- La respiración.
- El proceso circulatorio de la sangre.
- El control de la temperatura del cuerpo.
- La contracción de los músculos.
- La digestión de alimentos y nutrientes.
- La eliminación de los desechos a través de la orina y las heces.
- Funcionamiento del cerebro y de los nervios.
En el metabolismo, todas las reacciones químicas que tienen lugar dentro de un organismo hacen que moléculas complejas se descompongan para producir energía y mediante este proceso la energía también se utiliza para formar nuevas moléculas.
Un ejemplo de una reacción metabólica es la que tiene lugar cuando una persona come una cucharada de azúcar.
Una vez que están dentro del cuerpo, las moléculas de azúcar se descomponen en moléculas más simples con la liberación de energía.
Esa energía luego es utilizada por el cuerpo para una variedad de propósitos, como mantener la temperatura corporal o crear nuevas moléculas dentro del cuerpo.
El proceso de digestión
Los procesos metabólicos se inician en el organismo una vez que se consumen los alimentos.
En el proceso metabólico se procesa la energía proveniente de los alimentos que ingerimos diariamente, en la energía que se necesita para realizar todas las actividades que hacemos, incluso pensar y crecer.
Existen proteínas específicas en el organismo que controlan todas las reacciones químicas que ocurren durante el metabolismo, y cada reacción química que sucede está coordinada con otras funciones del organismo.
El metabolismo de todas las formas de vida es un proceso constante que se inicia en el momento de la concepción y culmina cuando el organismo muere.
Si el metabolismo se detiene, los seres vivos mueren.
Una forma de conocer cómo funciona el proceso metabólico se inicia con las plantas.
Primero, una semilla inicia sus procesos metabólicos para desarrollar las raíces y el tallo.
Esta planta para desarrollar sus funciones metabólicas utiliza la luz solar de la cual absorbe energía.
Esta energía conjuntamente con la molécula de clorofila construye azucares a partir del agua que absorbe y del dióxido de carbono.
A este proceso se le denomina fotosíntesis.
En el momento en que los animales y los seres humanos ingieren las plantas absorben esta energía en forma de azúcar, conjuntamente con otras sustancias químicas vitales para la formación de las células.
Luego, el cuerpo descompone el azúcar para que la energía liberada pueda distribuirse y utilizarse como combustible en las células del cuerpo.
Durante el proceso digestivo, las enzimas descomponen las proteínas y las convierten en aminoácidos, de la misma forma descomponen las grasas en ácidos grasos y los carbohidratos en azúcares.
El azúcar, los aminoácidos y los ácidos grasos pueden usarse como fuentes de energía por el cuerpo cuando sea necesario.
Estos compuestos son absorbidos por la sangre, que los lleva a las células.
Nuevamente otras enzimas actúan en las reacciones químicas de célula acelerando o regulando las reacciones químicas que están implicadas en el metabolismo de los compuestos.
La energía que se produce a través de estos compuestos es liberada o almacenada en los tejidos del organismo, en especial en los tejidos del hígado, de los músculos y en la grasa corporal.
Un nutriente es cualquier sustancia que ayuda a un organismo a mantenerse vivo, a mantenerse sano y a crecer.
Tres grandes categorías de nutrientes son los hidratos de carbono, las proteínas y las grasas.
El camino de un nutriente típico a medida que pasa por el cuerpo es el siguiente:
En el momento en que una persona acaba de comer un pedazo de pan.
Un nutriente importante en ese pan es el almidón, el cual es un carbohidrato complejo.
Tan pronto como el pan entra en la boca de una persona, la digestión comienza a ocurrir.
Las enzimas en la boca comienzan a descomponer las moléculas de almidón y las convierten en moléculas más pequeñas de sustancias más simples: azúcares.
Este proceso se puede observar fácilmente, ya que cualquier persona que sostiene un trozo de pan en la boca durante un período de tiempo comienza a reconocer un sabor dulce, el sabor del azúcar formado a partir de la descomposición del almidón.
La digestión es un primer paso necesario para todos los alimentos.
Las moléculas de los alimentos que se elaboran son demasiadas grandes para pasar a través del revestimiento del sistema digestivo.
En la digestión se lleva a cabo la formación de moléculas más pequeñas que son capaces de pasar a través de ese revestimiento y entrar en el torrente sanguíneo.
Las moléculas de azúcar formadas por la digestión del almidón ingresan al torrente sanguíneo.
Luego son llevados a células individuales a lo largo del cuerpo para llevar a cabo las funciones vitales para el organismo.
De hecho, miles de reacciones metabólicas ocurren al mismo tiempo, todas reguladas por el cuerpo, para mantener nuestras células sanas y funcionando.
Las moléculas más pequeñas en las que se descomponen los nutrientes forman el grupo metabólico.
El grupo metabólico consiste en las sustancias más simples formadas por la descomposición de nutrientes.
Incluye azúcares simples (formados por la descomposición de carbohidratos complejos), glicerol y ácidos grasos (formados por la descomposición de los lípidos) y aminoácidos (formados por la descomposición de las proteínas.
Metabolismo celular
Las sustancias que componen el conjunto metabólico son transportadas a las células individuales por el torrente sanguíneo.
Pasan a través de las membranas celulares y entran al interior de la célula.
Una vez dentro de una célula, un compuesto experimenta un metabolismo posterior, generalmente en una serie de reacciones químicas.
Por ejemplo, una molécula de azúcar se descompone dentro de una célula en dióxido de carbono y agua, con la liberación de energía. Pero ese proceso no ocurre en un solo paso.
Son necesarios alrededor de dos docenas de reacciones químicas separadas para convertir la molécula de azúcar en los productos finales.
Cada reacción química implica un cambio relativamente modesto en la molécula de azúcar, la eliminación de un solo átomo de oxígeno o un solo átomo de hidrógeno, por ejemplo.
El propósito de estas reacciones es liberar energía almacenada en la molécula de azúcar.
Para explicar ese proceso, se debe saber que una molécula de azúcar consiste en átomos de carbono, hidrógeno y oxígeno que se mantienen unidos por medio de enlaces químicos.
Un enlace químico es una fuerza de atracción entre dos átomos. Esa fuerza de atracción es una forma de energía.
Se puede pensar que una molécula de azúcar con dos docenas de enlaces químicos contiene dos docenas de pequeñas unidades de energía.
Cada vez que se rompe un enlace químico, se libera una unidad de energía. Las células han desarrollado métodos notables para capturar y almacenar la energía liberada en las reacciones catabólicas.
Esos métodos hacen uso de compuestos químicos muy especiales, conocidos como portadores de energía.
Un ejemplo de tales compuestos es el adenosin trifosfato, generalmente conocido como ATP.
El adenosin trifosfato se forma cuando un compuesto más simple, el adenosín difosfato (ADP), se combina con un grupo fosfato.
El adenosín difosfato se combinará con un grupo fosfato, solo si se le agrega energía.
En las células, esa energía proviene del catabolismo de compuestos en el grupo metabólico, como azúcares, glicerol y ácidos grasos.
La molécula de adenosin trifosfato formada de esta manera, entonces, ha absorbido la energía previamente almacenada en la molécula de azúcar.
Cuando una célula necesita energía para algún proceso, puede obtenerla a partir de una molécula de adenosin trifosfato.
La energía de una molécula de adenosin trifosfato puede usarse para juntar moléculas más simples para formar moléculas más complejas. Por ejemplo, supongamos que una célula necesita reparar una ruptura en su pared celular.
Para hacerlo, necesitará producir nuevas moléculas de proteínas. Esas moléculas de proteína pueden estar hechas de aminoácidos en el grupo metabólico.
Una molécula de proteína consiste en cientos o miles de moléculas de aminoácidos unidas entre sí.
La energía necesaria para formar todos los nuevos enlaces químicos necesarios para mantener adheridas las unidades de aminoácidos proviene de las moléculas de adenosin trifosfato.
Las reacciones por las cuales un compuesto se metaboliza difieren en varios nutrientes. Además, los portadores de energía que no sean adenosin trifosfato pueden estar involucrados.
Por ejemplo, el compuesto conocido como nicotinamida adenina dinucleótido fosfato también está involucrado en el catabolismo y el anabolismo de varias sustancias.
Ley de equilibrio
El proceso del metabolismo es realmente un acto de equilibrio que involucra actividades que ocurren al mismo tiempo: la acumulación de tejidos corporales y la descomposición de los tejidos corporales.
Las reacciones metabólicas del organismo se pueden dividir en dos categorías generales, las reacciones catabólicas y las anabólicas.
Anabolismo o metabolismo constructivo: el anabolismo es el proceso por el cual la energía se usa para formar moléculas complejas que el cuerpo necesita para mantenerse y desarrollarse.
Este proceso tiene que ver con la construcción y el almacenamiento de energía: es compatible con el crecimiento de nuevas células, el mantenimiento de los tejidos del cuerpo y el almacenamiento de energía para su uso en el futuro.
Durante el anabolismo, las moléculas pequeñas se transforman en moléculas más grandes y complejas de carbohidratos, proteínas y grasas.
Catabolismo o metabolismo destructivo: el catabolismo es el proceso mediante el cual las moléculas grandes se descomponen en otras más pequeñas con la liberación de energía. Esta energía es requerida para todas las actividades en las células.
En este proceso, las células descomponen moléculas grandes (principalmente carbohidratos y grasas) para liberar energía. Esta liberación de energía proporciona combustible para el anabolismo, calienta el cuerpo y permite que los músculos se contraigan y el cuerpo se mueva.
Cuando las unidades químicas complejas son descompuestas en unidades más simples, se liberan en el proceso de catabolismo productos de desecho que son eliminados del cuerpo por el sudor a través de la piel, por el orina desde los riñones, por el proceso de respiración diaria que se realiza en los pulmones y por las heces.
Varias de las hormonas del sistema endocrino están involucradas en el control de la velocidad y la dirección del metabolismo.
La tiroxina, una hormona producida y liberada por la glándula tiroides, juega un papel clave en determinar qué tan rápido o lento van a ser las reacciones químicas del metabolismo.
Otra glándula, como el páncreas es la encargada de segregar hormonas que determinan si la actividad metabólica es anabólica o catabólica en un momento determinado.
Por ejemplo, después de comer, generalmente se produce más actividad anabólica porque comer aumenta el nivel de glucosa, el combustible más importante del cuerpo, en la sangre.
En este momento el páncreas libera insulina, esta hormona ordena a las células un aumento de sus actividades anabólicas.
El metabolismo es un proceso químico complicado, pero para muchas personas es algo tan simple: como el proceso que influye en los aumentos y disminuciones de peso: como calorías.
Una caloría es una unidad que mide cuánta energía proporciona un alimento en particular al cuerpo.
La cantidad de calorías que alguien quema en un día se ve afectada por la cantidad que esa persona ejerce, la cantidad de grasa y músculo en su cuerpo y la tasa metabólica basal de la persona.
La tasa metabólica basal es la velocidad con la que el organismo mientras está en reposo, utiliza energía en forma de calorías.
La tasa metabólica juega un papel muy importante en la tendencia que tiene una persona de aumentar de peso.
Por ejemplo, alguien con una tasa metabólica baja (que quema menos calorías mientras descansa o duerme) tenderá a ganar más kilos de grasa corporal con el tiempo en comparación con una persona de tamaño similar con una tasa metabólica promedio que come la misma cantidad de comida y obtiene la misma cantidad de ejercicio.
Hasta cierto punto, la tasa metabólica es heredada, transmitido a través de los genes. A veces, los problemas de salud pueden afectar la tasa metabólica de alguien.
Pero las personas pueden cambiar su tasa metabólica de alguna manera.
Por ejemplo, al hacer más ejercicio, una persona quema más calorías durante la actividad adicional y se vuelve más en forma física, lo que aumenta su tasa metabólica.
La tasa metabólica también se ve influenciada por la composición corporal: las personas con más músculos y menos grasa generalmente tienen una tasa metabólica más alta.
Problemas con el metabolismo
La mayor parte del tiempo el proceso metabólico funciona a la perfección, pero a veces el metabolismo de un individuo puede generar un gran caos, lo que se denomina: trastorno metabólico.
Un trastorno metabólico es una enfermedad que se origina, porque en las células del cuerpo, una reacción química se desarrolla de forma anormal.
La mayoría de los trastornos del metabolismo involucran niveles anormales de enzimas u hormonas o problemas con el funcionamiento de esas enzimas u hormonas.
En los casos en que el metabolismo de las sustancias químicas presentes en el cuerpo humano, son bloqueados o son defectuosos, se puede originar la acumulación de sustancias tóxicas en el organismo.
O la una deficiencia de las sustancias necesarias para el funcionamiento normal del cuerpo, y estas situaciones pueden dar origen a síntomas de graves enfermedades.
Estas enfermedades y condiciones metabólicas incluyen:
Tiroidismo
La tiroides a menudo se conoce como la «glándula maestra».
Esta glándula controla procesos importantes, como la creación de las proteínas, los niveles de energía en el organismo y el metabolismo.
Los procesos metabólicos a menudo afectan a la masa corporal, y la función normal es muy importante cuando se trata de regular el peso del cuerpo.
Los problemas de la tiroides pueden provocar un aumento de peso o afecciones como el hipotiroidismo y el hipertiroidismo.
La glándula tiroides produce dos hormonas muy importantes, la T3 y la T4, que son fundamentales para controlar la tasa metabólica del cuerpo.
El componente que activa estas hormonas es el yodo.
Cuando se presenta una variación en los niveles de yodo, la producción de estas hormonas varia, el metabolismo se bloquea.
Hipertiroidismo: el hipertiroidismo es causado por una glándula tiroides hiperactiva. La tiroides libera demasiada hormona tiroxina, por lo que la tasa metabólica del cuerpo de una persona es alta.
El hipertiroidismo causa síntomas como la pérdida de peso, un aumento en la frecuencia cardíaca y en la presión arterial, signos como ojos saltones y la hinchazón del cuello provocada por una tiroides agrandada, denominada comúnmente bocio. Esta enfermedad puede controlarse con medicamentos o mediante cirugía o tratamientos de radiación.
Hipotiroidismo: el hipotiroidismo es provocado por que la glándula tiroidea no existe o es poco activa. La tiroides libera muy poca tiroxina, por lo que la tasa metabólica del cuerpo es baja. Cuando el hipotiroidismo no es tratado puede inducir problemas de crecimiento y en el cerebro de bebés y niños.
El hipotiroidismo ralentiza los procesos del cuerpo y causa cansancio, ritmo cardíaco lento, aumento de peso y estreñimiento. Los adolescentes que lo padecen se pueden tratar con una hormona tiroidea administrada por vía oral.
Errores innatos del metabolismo
Las enfermedades metabólicas que se heredan se llaman errores innatos del metabolismo.
Los problemas congénitos del metabolismo incluyen:
La galactosemia: los bebés que nacen con galactosemia no poseen suficiente enzima encargada de descomponer el azúcar de la leche, denominada galactosa.
La fenilcetonuria: esta es causada por un defecto en la enzima que se encarga de descomponer el aminoácido fenilalanina. La fenilalanina es necesaria para crecimiento normal y la producción de proteínas.
Los errores congénitos del metabolismo pueden conducir en algunos casos a problemas graves si no se les prescriben medicamentos o dietas especiales desde temprana edad.
Diabetes
El metabolismo de las personas con diabetes es casi idéntico al metabolismo de las personas sin diabetes.
La única diferencia es el volumen o la efectividad de la insulina producida por el cuerpo humano.
El páncreas responde a la presencia de alimentos liberando insulina almacenada.
La insulina permite que la glucosa presente en la sangre ingrese a las células del cuerpo, donde la glucosa normalmente se usa como combustible.
La insulina también permite que la glucosa sea almacenada por los músculos y el hígado como glucógeno.
Si es necesario, el glucógeno almacenado puede devolverse posteriormente a la sangre como glucosa.
Cuando queda glucosa en el torrente sanguíneo, la insulina convierte esta glucosa en grasa saturada.
Las proteínas en la comida también se descomponen en glucosa hasta cierto punto, sin embargo, este es un proceso mucho más lento que con los carbohidratos.
Después de la liberación inicial de insulina del cuerpo, las células beta del páncreas comienzan a desarrollar nueva insulina que también se puede liberar. Esto se conoce como la respuesta de insulina.
Cuando la glucosa es utilizada de la sangre hasta el punto donde los niveles de azúcar comienzan a disminuir, el cuerpo libera el glucagón.
El glucagón funciona para transformar el glucógeno almacenado en glucosa que se libera al torrente sanguíneo.
Existen dos tipos de diabetes:
Diabetes tipo 1: la diabetes tipo 1 se presenta cuando el páncreas no puede producir y secretar insulina en cantidades suficientes. Los síntomas de esta enfermedad incluyen sed excesiva, micción frecuente, hambre y pérdida de peso.
Esta enfermedad con el paso del tiempo puede causar problemas en los riñones, dolores causados por daño a los nervios, perdida de la visión, enfermedades vasculares y cardíacas.
Los pacientes con diabetes tipo 1 necesitan inyecciones regulares de insulina y deben controlar sus niveles de azúcar en la sangre para reducir el riesgo de desarrollar problemas a causa de la diabetes.
Diabetes tipo 2: la diabetes tipo 2 ocurre cuando el cuerpo no puede responder normalmente a la insulina. Los síntomas son similares a los de la diabetes tipo 1.
Muchos niños y adolescentes que desarrollan diabetes tipo 2 tienen sobrepeso, y se cree que esto tiene un papel en su disminución de la capacidad de respuesta a la insulina. Algunos adolescentes pueden tratarse con éxito con cambios en la dieta, ejercicio y medicamentos orales, otros necesitarán inyecciones de insulina.
Cuando se controlan los niveles de azúcar en la sangre se reduce el riesgo de desarrollar problemas de salud a largo plazo similares a los que se presentan con la diabetes tipo 1.
Las personas con sobrepeso, ya sea con prediabetes o diabetes tipo 2, generalmente producen significativamente más insulina que las personas no diabéticas como resultado de una mayor proporción de grasa corporal a los músculos.
La razón de esto es la resistencia a la insulina, lo que significa que el cuerpo no puede usar su insulina con la eficacia suficiente.
Por lo tanto, tiene sentido que el cuerpo produzca más insulina para compensar.
Sin embargo, la tensión de producir toda esta insulina adicional significa que las células beta se vuelven demasiado trabajadas y con el tiempo comenzarán a fallar.
Además, las crecientes cantidades de insulina en el cuerpo hacen que el cuerpo se vuelva gradualmente más resistente a ella.
Puede observarse como algo similar a cómo los drogadictos pueden aumentar las tolerancias a las drogas.
