21.1: Energía, Vida y Reacciones Bioquímicas
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La vida requiere energía. Los animales, por ejemplo, requieren energía térmica para mantener la temperatura corporal, energía mecánica para mover sus extremidades y energía química para sintetizar los compuestos que necesitan sus células. Las células vivas permanecen organizadas y funcionando adecuadamente solo a través de un suministro continuo de energía. Pero sólo se pueden utilizar formas específicas de energía. Suministrar energía a una planta manteniéndola en una llama no prolongará su vida útil. Por otro lado, una planta verde es capaz de absorber la energía radiante del sol, la fuente de energía más abundante para la vida en la tierra. Las plantas utilizan esta energía primero para formar glucosa y luego para hacer otros carbohidratos, así como lípidos y proteínas. A diferencia de las plantas, los animales no pueden usar directamente la energía del sol para sintetizar nuevos compuestos. Deben comer plantas u otros animales para obtener carbohidratos, grasas y proteínas y la energía química almacenada en ellos. Una vez digeridas y transportadas a las células, las moléculas nutritivas se pueden usar de dos maneras: como bloques de construcción para hacer nuevas partes celulares o reparar las viejas o “quemadas” para obtener energía.
Las miles de reacciones químicas coordinadas que mantienen vivas a las células se denominan colectivamente como metabolismo. En general, las reacciones metabólicas se dividen en dos clases: la descomposición de las moléculas para obtener energía es catabolismo, y la construcción de nuevas moléculas que necesitan los sistemas vivos es anabolismo.
Cualquier compuesto químico que participe en una reacción metabólica es un metabolito.
La mayor parte de la energía que requieren los animales se genera a partir de lípidos y carbohidratos. Estos combustibles deben ser oxidados, o “quemados”, para que la energía sea liberada. El proceso de oxidación finalmente convierte el lípido o carbohidrato en dióxido de carbono (CO 2) y agua (H 2 O).
Carbohidratos:
\[\ce{C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + 670 kcal} \nonumber \]
Lípido:
\[\ce{C16H32O2 + 23O2 → 16CO2 + 16H2O + 2,385 kcal} \nonumber \]
Estas dos ecuaciones resumen la combustión biológica de un carbohidrato y un lípido por la célula a través de la respiración. La respiración es el nombre colectivo de todos los procesos metabólicos en los que el oxígeno gaseoso se usa para oxidar la materia orgánica a dióxido de carbono, agua y energía.
Al igual que la combustión de los combustibles comunes que quemamos en nuestros hogares y autos (madera, carbón, gasolina), la respiración utiliza el oxígeno del aire para descomponer sustancias orgánicas complejas en dióxido de carbono y agua. Pero la energía liberada en la quema de madera se manifiesta enteramente en forma de calor, y el exceso de energía térmica no sólo es inútil sino que también es dañino para la célula viva. En cambio, los organismos vivos conservan gran parte de la energía que libera la respiración al canalizarla en una serie de reacciones escalonadas que producen trifosfato de adenosina (ATP) u otros compuestos que finalmente conducen a la síntesis de ATP. El resto de la energía se libera como calor y se manifiesta como temperatura corporal.