La energía y la vida: Bioenergética

Por Antonio Peña y Georges Dreyfus Cortés

Toda función biológica implica un gasto de energía, y una rama de la biología conocida como bioquímica se encarga de estudiar los mecanismos y las moléculas que intervienen en las transformaciones metabólicas ocurridas en el interior de las células. Esta obra señala los principales aspectos sobre las transformaciones de la energía, presenta la relación que existe entre alimentación y metabolismo, y encamina al lector hacia otros campos del conocimiento relacionados con las transformaciones de la energía, desde procesos naturales como la evolución y la formación de la atmósfera, hasta otros en los que interviene el hombre, como el transporte y la luz eléctrica.

• Idioma: Español
• Editorial: Fondo de Cultura Económica
• Fecha de lanzamiento: 21 ene 2013
• ISBN: 9786071612977

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México.

PRÓLOGO

Desde las primeras civilizaciones y ya en las antiguas doctrinas orientales se planteaba la participación de la energía en los procesos vitales; así, en la India se hablaba de la fuerza vital, o prāna de los alimentos y su relación con la vida. Esta idea, en gran parte mágica, persistió hasta muy avanzada nuestra civilización; lentamente, a partir de Lavoisier, se iniciaron los estudios serios sobre la relación entre la energía y la vida, y desde principios del siglo xx se fueron modificando estas ideas hasta llegar a los conceptos actuales. Sin embargo, tales avances no han llegado al público; por ejemplo, es enorme el desconocimiento que existe sobre el concepto mismo de energía, su cuantificación y su manejo por parte de los seres vivos.

El precursor de las ideas verdaderamente modernas y científicas sobre la energía fue Lavoisier, quien más de dos siglos atrás elaboró teorías basadas en experimentos y hechos demostrables, que todavía siguen siendo de actualidad. A principios del siglo xx se loāgraron establecer con mayor detalle las relaciones entre el ejercicio físico y los requerimientos energéticos, pero no fue sino hasta el siglo xx, y en fechas relativamente recientes, que se ha ido aclarando una serie de conceptos sobre las transformaciones de la energía en los seres vivos.

Los enlaces químicos de las moléculas de nuestros alimentos deben convertirse principalmente en los del ATP (adenosín trifosfato), moneda casi universal de las células para el manejo de la energía. Este proceso es largo y complicado y realizar una descripción accesible y más o menos clara del mismo es uno de los principales objetivos de este pequeño libro. Este apasionante campo de investigación no sólo se ha limitado a definir los mecanismos de las transformaciones energéticas de las células y los organismos, sino que también ha tenido incursiones en áreas tan distantes como la evolución. Los seres vivos fueron modificando la atmósfera original de la Tierra con un elevado contenido de bióxido de carbono (CO2), hasta llevarla al relativamente elevado contenido de oxígeno de la actualidad. Ha sido también intención del libro encaminar al lector hacia otros campos del conocimiento relacionados con las transformaciones de la energía.

Además de señalar los principales aspectos sobre las transformaciones de la energía química, luminosa o de otros tipos, en otras formas directamente aprovechables por las células, quisimos presentar de manera sencilla la relación que existe entre alimentación y metabolismo con los cambios de energía en las células. Insistimos en algunos aspectos relacionados con las cantidades de energía de los alimentos y el balance de la dieta; de paso, señalamos que las vitaminas no tienen valor como fuente de energía.

Al final quisimos revisar otros requerimientos de energía derivados de la necesidad creciente, pero también variable, de un cierto bienestar en los seres humanos. Aunque no necesarios para mantener la vida, hay numerosos elementos adicionales en nuestra vida que requieren energía, como el transporte público o privado o ciertas comodidades (tan elementales) como un baño de agua caliente, etc. Fue nuestra intención hacer llegar al lector no sólo los conceptos fundamentales, sino también algunos otros que consideramos alternos sobre la energía, sus transformaciones y sus múltiples relaciones con los seres vivos.

Este campo es fascinante, pero árido para el público en general y difícil de manejar en términos sencillos. Hemos intentado, tal vez sin lograrlo, divulgar los elementos fundamentales que gobiernan las muy variadas transformaciones que sufre la energía en los organismos vivos.

ANTONIO PEÑA

GEORGES DREYFUS

Ciudad Universitaria, México, D. F., diciembre de 2011

I. Conceptos generales

Todos los seres vivos se mantienen en desequilibrio con el medio ambiente y su sobrevivencia les exige generar la energía necesaria para llevar a cabo sus funciones biológicas. Gran parte de ese desequilibrio lo mantienen gracias a barreras biológicas impermeables que se conocen como membranas biológicas: todos los organismos vivos están aislados del medio que los rodea y mantienen diferencias de concentraciones entre el interior y el exterior. Cabe aclarar que el grado de complejidad de las membranas de los organismos vivos varía entre una bacteria, que sólo tiene una barrera que la aísla del exterior, las células de organismos más complejos, que tienen una membrana externa, y las de los organelos internos, como el núcleo o las mitocondrias. Al morir se destruyen las barreras que separan unos compartimentos de otros, así como la estructura de órganos y tejidos; sólo con la muerte se detiene también la extraordinaria actividad de todas las células y sus componentes, desde aquellos que podemos ver con el microscopio, hasta los que pertenecen al mundo submicroscópico, el de las moléculas que participan en todos los sistemas biológicos. ¿Cómo es que se mantiene este orden que representa la vida? En muy pocas palabras, el orden se mantiene porque hay una constante renovación de todo lo que compone una célula. Casi todas las células, desde los virus y las bacterias hasta las células más evolucionadas, tienen la información necesaria para renovarse, en forma de ácido desoxirribonucleico (ADN o DNA, por sus siglas en inglés). Esta información es transmitida a los descendientes del organismo en cuestión. Diríamos entonces que la vida se sustenta sobre dos pilares: la energía metabólica y la información genética.

Como muchos procesos en la naturaleza, el fenómeno de la vida requiere de un constante aporte de energía; esto nos parece obvio para algunos de los procesos vitales, como el movimiento; sin embargo, el gasto de energía no nos parece tan claro cuando se trata, por ejemplo, de la digestión o del acto de pensar. Otra duda que suele surgir a las personas no familiarizadas con la biología, es de dónde viene la energía, cómo es que los alimentos la contienen y cómo la aprovechamos. Quizá tampoco esté muy claro que la fuente primaria de energía en este planeta proviene del Sol y que gracias a todos los organismos vivos capaces de aprovecharla (como las plantas), existen organismos llamados heterótrofos que se alimentan de otros seres vivos para obtener la energía y la materia necesarias para llevar a cabo todas sus funciones. En otras palabras, el Sol irradia energía lumínica, la cual es retenida y transformada en energía metabólica y materia orgánica por todas las plantas y algunas bacterias y algas.

Toda función biológica implica un gasto de energía, por ello una rama de la biología conocida como bioquímica se encarga de estudiar los mecanismos y las moléculas que intervienen en las transformaciones metabólicas ocurridas en el interior de las células. Hoy en día se entiende con gran detalle el sinnúmero de procesos relacionados con la degradación y síntesis de las moléculas pequeñas, y no tan pequeñas, llamadas macromoléculas. Se conocen ya las estructuras de muchas de estas moléculas y macromoléculas, ello ha permitido entender los principios en los que se basa la naturaleza para transformar constantemente la energía en los seres vivos.

Es frecuente escuchar decir que se tiene necesidad de ingerir alimentos para