Qué es el metabolismo

Por Antonio Peña

El metabolismo de una bacteria, una célula o un organismo, comprende toda la enorme serie de transformaciones experimentan continuamente las sustancias que entran a ellos. Este concepto es importante, pues si bien todos tenemos una idea más o menos vaga acerca de qué es el metabolismo -es frecuente, por ejemplo, oír que alguien tiene un "metabolismo acelerado", o bien, un "metabolismo lento"; sin embargo, pocos saben realmente de qué están hablando al utilizar este término y al calificarlo con tales o cuales características.

• Idioma: Español
• Editorial: Fondo de Cultura Económica
• Fecha de lanzamiento: 9 may 2013
• ISBN: 9786071614094

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I. De qué estamos hechos

LOS ELEMENTOS QUÍMICOS

SI EL METABOLISMO NO ES OTRA COSA que las transformaciones de las moléculas de que estamos compuestos, suena lógico conocerlas primero; es decir, saber de qué estamos hechos. Conviene entonces partir de una idea general sobre los elementos químicos que intervienen en la composición de los seres vivos.

Debemos considerar que entre los elementos que participan en la composición de los seres vivos; unos más abundantes, otros menos, sin embargo, todos son importantes. Los más frecuentes y sin los cuales no existiría la vida —al menos como la conocemos— son el carbono (C), el oxígeno (O), el nitrógeno (N), el fósforo (P) y el azufre (S). Estos elementos forman parte, de manera más abundante —y como veremos más adelante—, de las principales moléculas que constituyen los seres vivos. Luego hay otros que suelen encontrarse en proporciones relativamente bajas, pero constantemente son parte de los organismos, como el potasio (K), el sodio (Na), el cloro (Cl), el magnesio (Mg) o el calcio (Ca). La mayoría de ellos se hallan en forma de sales inorgánicas; los llamados minerales, que desempeñan un papel central en nuestra vida. Los casos, por ejemplo, del calcio y el fósforo son interesantes, pues adquieren lo que podríamos llamar un doble papel; por una parte como componentes de algunas sales, pero además, llegan a grandes proporciones en la composición de los vertebrados, pues los huesos de nuestro esqueleto están formados principalmente por sales insolubles de estos dos elementos. El calcio, además, tiene enorme importancia en la regulación de muchas funciones de los organismos animales.

Tenemos finalmente los elementos que participan en muy pequeñas cantidades, pero que no por ello son menos importantes. Veamos el caso, por ejemplo, del yodo (I), cuya carencia en la dieta, hasta hace algunos decenios, produjo daños a extensas poblaciones del planeta, causándoles la enfermedad llamada bocio. Esta plaga de la humanidad se resolvió de una manera muy simple: se le agregó, en cantidades muy pequeñas pero suficientes, a la sal de mesa, uno de los componentes de la dieta que todos ingerimos diariamente. A partir de esa medida, la enfermedad por carencia de yodo dejó prácticamente de existir. De la misma forma se han combatido otras carencias de los elementos que no existen en diferentes lugares, pero que son esenciales, ya sea para los humanos o para otros animales, como el cobalto, el cinc, el selenio y otros.

CÓMO SE UNEN ENTRE SÍ LOS ÁTOMOS. VALENCIA

Casi todos los átomos tienen la tendencia a unirse entre sí para formar moléculas, y que obedecen a reglas sencillas. La valencia, o capacidad de combinación de los átomos, resulta de la necesidad que tienen éstos de completar sus órbitas externas, al perder o ganar uno o más de los electrones que se encuentran en los diferentes niveles, dependiendo de lo que les resulte más sencillo. Es fundamental dejar claro esto: en las reacciones químicas no se modifican los núcleos de los átomos participantes; sólo intervienen los electrones. El más sencillo de todos, el átomo de hidrógeno, por ejemplo, tiene espacio en su órbita más externa (y única) para aceptar dos electrones (figura I.1); con frecuencia se une a otros átomos perdiendo el único electrón que posee, conservando sólo el protón que tiene en el núcleo. Aunque los protones no suelen existir en forma libre, pues se asocian con otras moléculas como las del agua, en principio ésta es la situación cuando reacciona, por ejemplo, el hidrógeno con el cloro. Pero también puede completar sus electrones aceptando un electrón de otro átomo, inclusive del mismo hidrógeno, como existe en la molécula de H2. A un átomo de oxígeno, que tiene seis electrones en su órbita más externa, le resulta más sencillo completarla con dos más, por lo que suele unirse a otros, tratando de completar esa órbita o nivel externo. Ya que no todos los átomos tienen la misma afinidad por los electrones, de estas uniones, entre otras cosas, resultan distribuciones uniformes o desiguales de éstos, que se traducen en la formación de sustancias que pueden tener o no cargas eléctricas, o cuando menos polos eléctricos que dan lugar a atracciones o repulsiones entre ellas, siguiendo la simple ley de los signos: cargas opuestas se atraen y cargas del mismo signo se repelen. En las moléculas grandes o en algunos grupos de ellas, estas atracciones y repulsiones pueden ser de extraordinaria importancia, pues con frecuencia son la razón y origen de estructuras complejas y delicadas; entre estos casos se encuentran las proteínas y las membranas biológicas.

Figura I.1. El átomo de hidrógeno, H H que sólo tiene un protón en su núcleo y un electrón que se mueve a su alrededor, puede unirse con otro átomo igual, para formar la molécula de hidrógeno (H2), en la cual ambos núcleos comparten los dos electrones, que luego se mueven alrededor de los dos núcleos.

ENLACES IÓNICOS

Uno de los casos de unión entre los átomos es el de elementos que se encuentran muy separados entre sí en la tabla periódica de los elementos, como puede ser el caso del sodio (Na) y el cloro (Cl), que están en lados opuestos de la tabla. Como se muestra en la figura I.2, al Cl sólo le falta un electrón en su órbita más externa para completarla con ocho, como número máximo permitido. El caso del Na es el opuesto; este átomo sólo tiene un electrón en su última órbita, y la manera más simple de convertirse en un átomo con una órbita externa completa consiste en deshacerse de ese solo electrón, dejando al descubierto la más interna, que está completa.

Figura I.2. La unión de un átomo de cloro (Cl) con uno de sodio (Na). El átomo de sodio cede el electrón de su órbita más externa al cloro; así, el cloro se convierte en cloruro (Cl–), con una carga negativa y el de sodio en el ion de sodio (Na+), con una carga positiva.

Es tal la tendencia de estos dos elementos a completar así sus órbitas más externas, que la reacción entre ellos es extremadamente violenta, como si ocurriera una explosión. Como se muestra en esta figura, al final de esa reacción resulta lo que se conoce como dos iones, es decir, los dos mismos átomos, pero con una carga neta cada uno, que resulta de la pérdida o ganancia de un electrón, según el caso. El ion de sodio (Na+) es el mismo átomo, pero ha perdido el único electrón que tenía en su última órbita, y el ion cloruro (Cl–) es también el mismo átomo de cloro, pero ahora contiene un electrón adicional en su última órbita, que obtuvo de la reacción con el sodio. Incluso cambia la forma de representarlos, y el número y signo de sus cargas se representa al lado derecho y arriba del símbolo del elemento original; además, al Na+ se le llama el ion de sodio o simplemente ion sodio, y al Cl–, cloruro o ion de cloro. El enlace que ahora mantiene unidos a estos dos átomos es el llamado enlace iónico, y no es otra cosa que la atracción resultante de la diferencia de signos en la carga de ambos. Aunque el Na+ y el Cl– se encuentran firmemente unidos en los cristales del cloruro de sodio (NaCl, o sal de mesa común), no lo están cuando se disuelven en el agua, porque hay una movilidad e intercambio constante entre los iones de signos contrarios que se rodean cada uno de varias capas de moléculas de agua, pero conservan su carga y se atraen.

ENLACES COVALENTES

Hay casos en que átomos iguales se unen entre sí. Por ejemplo, dos átomos de hidrógeno que se unen para formar una molécula de hidrógeno (H2) (figura I.1). Dado que la atracción que ambos núcleos ejercen sobre los electrones es la misma, el resultado es que ambos átomos comparten sus electrones equitativamente y se mueven ambos formando una especie de nube alrededor de los dos núcleos.

En otros casos, por ejemplo, como en los enlaces del carbono con el hidrógeno, cada enlace se forma por la participación de dos electrones, proporcionados por cada uno de los átomos que intervienen en la unión, y la situación es semejante, también aquí los átomos comparten los electrones, y éstos se mueven uniformemente en la vecindad de ambos (figura I.3). Este tipo de enlace es llamado covalente; se trata de un enlace resistente, y en él no hay gran diferencia en la distribución de los electrones, ni separación de los átomos, que se mantienen unidos constantemente.

Figura I.3. La estructura del metano (CH4). En cada uno de los enlaces (cuatro de ellos), los electrones son compartidos entre el átomo de carbono y los de cada hidrógeno, de modo que no hay tendencia a que experimenten mayor atracción hacia ninguno de ellos.

Hay casos intermedios en los que es difícil hablar de un enlace covalente puro, o de un enlace iónico, que se presentan cuando se unen elementos que tienen diferente capacidad para atraer los electrones (electronegatividad), pero no al grado de que uno tome los electrones del otro ni viceversa. Esto es lo que sucede con la molécula del agua, constituida, como todos sabemos, por un átomo de oxígeno y dos de hidrógeno (H2O). En la molécula del agua, cada enlace es también covalente; en cada unión del oxígeno con el hidrógeno se comparten dos electrones, provenientes de los átomos participantes, uno del oxígeno y otro del hidrógeno. Sin embargo, como se muestra en la figura I.4, los electrones no se comparten por igual; el oxígeno, que tiene mayor afinidad por ellos, los atrae con mayor intensidad, y en el movimiento constante que tienen cerca de ambos átomos, los disfruta por mayor tiempo que el hidrógeno. Esto da como resultado que se constituya en el oxígeno una especie de carga negativa, aunque incompleta, y que al mismo tiempo se genere una deficiencia de carga en las zonas del hidrógeno, volviéndolo ligeramente positivo.