UNIDAD II: “Relación del proceso metabólico y la actividad física”

Al ver a un ser vivo, en especial uno tan complejo y grande como lo es el humano, no alcanzamos a comprender lo que sucede dentro de él, porqué crece, porqué envejece, como se mantiene y se recupera. Todo esto tiene que ver con muchísimos procesos químicos dentro del cuerpo. El paso, la producción, la transformación, la destrucción de moléculas y sustancias por las células.

Los seres vivos transformamos e intercambiamos energía durante miles de reacciones químicas diferentes, producidas casi siempre simultáneamente. Son todas estas reacciones las que mantienen vivas nuestras células corporales, y por lo tanto, a nosotros.

En este trabajo se hablará sobre el metabolismo, lo cual engloba toda esta serie de reacciones. El metabolismo es el nombre para una serie de procesos muy complejos que apenas se están empezando a comprender en su totalidad. Sin embargo, es importantísimo conocerlo, pues es el que contiene las respuestas a todas las preguntas anteriores. El porqué del crecimiento, envejecimiento, etc. También se explicarán dos procesos que son parte del metabolismo, que son el anabolismo y el catabolismo. Estos dos procesos son de suma importancia. Para poder entender la magnitud del trabajo químico que realiza la célula, debemos tener en cuenta que la gran mayoría de los miles de moléculas distintas que se encuentran en la célula son sintetizados y destruidos ahí. Es aquí donde entran en escena el anabolismo y el catabolismo pero sus respectivas explicaciones se verán más adelante.

El metabolismo es algo muy, muy complicado y se ve afectado e influenciado por distintos factores. En este trabajo se hablará sobre uno de estos factores que es la actividad física, la cual es la que más nos interesa pues estamos estudiando a la educación física. Siempre hablamos de lo importante que es la educación física en nuestra vida y en nuestros cuerpos. Después de las siguientes explicaciones, quedará claro, a un nivel funcional de nuestro cuerpo, como nos afecta, como nos beneficia, en fin, como nos cambia el ejercicio físico. Esperamos comprender así en más de un ámbito a la educación física y a los grandes procesos que ocurren a nivel celular y nos mantienen vivos. 

Defina y explique los conceptos de metabolismo , anabolismo y catabolismo. Mencione qué diferencias hay entre cada uno. 

Metabolismo 

Es el conjunto de procesos fisico-quimicos que tienen lugar en los seres vivos; comprende escencialmente la degradacion de los compuestos organicos q integran la dieta, sintetizados por el propio organismo a fin de obtener la energia necesaria que en parte es usada para la sintesis de las propias moleculas especificas y tambien para otras actividades organicas. Tambien se puede definir como las demandas energeticas de un organismo en reposo y que equivale a las necesidades minimas para el mantenimiento de las constantes vitales. 

Anabolismo 

Anabolismo es el conjunto de reacciones metabólicas que conducen a la síntesis de los compuestos necesarios para el crecimiento, desarrollo y mantenimiento de las estructuras de un organismo. 

Es el proceso completo por el que el organismo asimila los alimentos ingeridos y los convierte en materia viva. En este proceso, que se realiza a nivel celular, se incluyen: biosíntesis de proteínas, tanto estructurales como enzimas; biosíntesis de lípidos y biosíntesis de carbohidratos. Se produce en oposición al catabolismo o conjuntos de fenómenos desasimilativos. 

Hay dos palabras claves para entender cómo funciona la alimentación en la musculatura: anabolismo y catabolismo. La anabolización es el paraíso del deportista musculado. En bioquímica, el anabolismo es el proceso de fabricación de tejidos a partir de los alimentos, en nuestro caso es el proceso de creación de nueva masa muscular. El catabolismo corresponde al infierno del “cachas”, es el proceso inverso al anabolismo y ocurre cuando falta energía y se descomponen los tejidos como el músculo para suministrar nutrientes a la sangre. 

El término "Anabolismo" se utiliza para referirse a los procesos metabólicos que implican la construcción de unas moleculas a partir de otras. Los procesos de biosíntesis son de carácter anabólico, La sintesis de proteinas, la gluconeogénesis, la síntesis de acidos grasos, la síntesis de hormonas y vitaminas y en general, los procesos de reproducción celular y de regeneración de tejidos involucran una gran cantidad de reacciónes de tipo anabólico. 

Características de los procesos anabólicos 

'Educación física' 

Los procesos de biosíntesis consumen energía , es decir que son "endergónicos" o "endotérmicos". 

'Educación física' 

Por su carácter termodinámico, estos procesos requieren ser catalizados por enzimas. 

'Educación física' 

Los precursores o materias primas para estos procesos son , por lo general, productos de procesos catabólicos. 

Catabolismo 

El término "Catabolismo" se utiliza para referirse a los procesos metabólicos que implican la destrucción o degradación de biomoléculas para obtener otras más sencillas que serán utilizadas en otros procesos y/o para la producción de energía. Los procesos catabólicos más comunes son los procesos de digestión de alimentos y todos los que están involucrados en la respiración celular. 

Características de los procesos catabólicos

'Educación física' 

Los procesos de catabólicos de caracter oxidativos producen energía, es decir que son "exergónicos" o "exotérmicos". 

'Educación física'

Son procesos catalizados por enzimas o complejos multienzimáticos para controlar la liberación de energía en el caso que seán proceso exotérmicos. 

'Educación física'

Los productos del catabolismo suelen ser moléculas de bajo peso que se desechan o sirven para procesos de síntesis de otras moléculas. 

La producción de la energía necesaria para la realización de todas las actividades físicas externas e internas. El catabolismo engloba también el mantenimiento de la temperatura corporal e implica la degradación de las moléculas químicas complejas en sustancias más sencillas, que constituyen los productos de desecho expulsados del cuerpo a través de los riñones, el intestino, los pulmones y la piel. 

Las reacciones anabólicas y catabólicas siguen lo que se llaman rutas metabólicas; ambos tipos de rutas se combinan unas con otras para producir compuestos finales específicos y esenciales para la vida. La bioquímica ha determinado la forma en que se entretejen algunas de estas rutas, pero muchos de los aspectos más complejos y ocultos se conocen sólo en parte. En esencia, las rutas anabólicas parten de compuestos químicos relativamente simples y difusos llamados intermediarios. Estas vías utilizan la energía que se obtiene en las reacciones catalizadas por enzimas y se orientan hacia la producción de compuestos finales específicos, en especial macromoléculas en forma de hidratos de carbono, proteínas y grasas. Valiéndose de otras secuencias enzimáticas y moviéndose en sentido contrario, las rutas catabólicas disgregan las macromoléculas complejas en compuestos químicos menores que se utilizan como bloques estructurales relativamente simples. 

Cuando el anabolismo supera en actividad al catabolismo, el organismo crece o gana peso; si es el catabolismo el que supera al anabolismo, como ocurre en periodos de ayuno o enfermedad, el organismo pierde peso. Cuando ambos procesos están equilibrados, se dice que el organismo se encuentra en equilibrio dinámico. 

El metabolismo es el estudio de la química, la regulación y la energética de miles de reacciones que proceden en una célula biológica. Todos los organismos siguen las mismas rutas generales para extraer y utilizar energía. La diferencia metabólica más importante entre los organismos es la forma específica en que obtienen energía para llevar a cabo los procesos de la vida. Los autótrofos requieren del CO2 atmosférico como única fuente de carbono y energía solar para fabricar otras biomoléculas. En cambio los heterótrofos obtienen energía de los compuestos complejos de carbono que ingieren y que habitualmente se encuentran en los autótrofos. Los organismos aerobios son aquellos que requieren oxígeno molecular para que tengan lugar las reacciones metabólicas. Mientras que los anaerobios no requieren de oxígeno; de hecho, para algunos es muy tóxico. El proceso del metabolismo en todos los organismos toma lugar mediante una secuencia de reacciones sucesivas catalizadas por enzimas. Cada paso consiste, por lo general, de un solo cambio químico muy específico que lleva a formar un producto, que a sus vez se transforma en el reactivo del siguiente paso. 

El metabolismo es la suma de todas las transformaciones químicas que tomen lugar en una célula u organismo y se lleva a cabo a través de una serie de reacciones catalizadas enzimáticamente que constituyen las rutas metabólicas. Cada uno de los pasos consecutivos en una ruta metabólica genera un cambio específico y sutil, generalmente la eliminación, transferencia o adición de un átomo particular o un grupo funcional. El precursor es convertido a un producto a través de una serie de intermediarios metabólicos llamados metabolitos. El término “metabolismo intermediario” es aplicado con frecuencia a las actividades combinadas de todas las rutas metabólicas que interconvierten precursores, metabolitos y productos de peso molecular relativamente bajo, generalmente por debajo de 1000 daltones. 

Los procesos metabólicos se pueden agrupar en dos rutas, dependiendo de su propósito bioquímico. El catabolismo es la fase de degradación por el cual se degradan moléculas, como carbohidratos, proteínas y grasas, en moléculas más simples como piruvato, etanol y bióxido de carbono. Los procesos en las reacciones catabólicas se caracterizan por oxidación, liberación de energía libre y reacciones de convergencia. El anabolismo es la síntesis de grandes moléculas complejas a partir de otras precursoras más pequeñas. Esta ruta se caracteriza por reacciones de reducción, requerimiento de entrada de energía y divergencia de las vías de reacción. El catabolismo libera la energía potencial de las moléculas combustibles y la captura de ésta en el ATP. El anabolismo utiliza la energía libre en el ATP para realizar un trabajo; en consecuencia el catabolismo y el anabolismo están acoplados. 

Algunas rutas metabólicas son lineales, y algunas son ramificadas, generando múltiples productos terminales útiles a partir de un precursor único o convirtiendo varios materiales iniciales en un producto único. En general las rutas catabólicas son convergentes y las rutas anabólicas son divergentes. Algunas rutas son cíclicas: un componente inicial de la ruta es regenerado en una serie de reacciones que convierten otros componentes iniciales en ese producto. 

Para su estudio, el metabolismo se organiza en tres etapas. La etapa I del catabolismo es la ruptura de biomoléculas complejas en sus respectivos bloques de construcción. En la etapa II, estos bloques se oxidan en un intermediario común acetil CoA. La etapa III comprende el ciclo del ácido cítrico (oxidación de acetil CoA a bióxido de carbono, la formación de NADH y FADH2) seguida del transporte de electrones y fosforilación oxidativa. Generalmente la energía liberada durante el transporte de los electrones hacia el oxígeno molecular está acoplada a la síntesis del ATP. 

Las miles de reacciones que se realizan en una sola célula se pueden clasificar en seis tipos de procesos químicos; (1) reacciones de oxidación-reducción, (2) reacciones de transferencia de grupo funcional, (3) reacciones de hidrólisis, (4) reacciones de ruptura no hidrolítica, (5) reacciones de isomerización y rearreglo y (6) reacciones de formación de enlace utilizando energía de la ruptura de ATP. Estos seis tipos de reacciones se corresponden con las seis clases de enzimas. 

Desde el punto de vista termodinámico, el metabolismo es un proceso de transformación de energía, donde el catabolismo proporciona la energía para el catabolismo. El ATP es el acarreador molecular universal de energía libre útil, la cual es la energía transferida del catabolismo al anabolismo. La cantidad de energía disponible en el ATP se define en términos del cambio de energía libre estándar, DG°'. El cambio de energía libre estándar para la reacción reversible ATP más agua genera ADP es de 30kJ/mol. Esta es la cantidad de energía disponible que resulta de la transferencia de un grupo fosforilo del ATP a otra molécula, como el agua. Esta química involucra la ruptura hidrolítica de un enlace fosfoanhídrido. El ATP es capaz de transportar y transferir energía útil por: la estabilización por resonancia de los productos de la transferencia del grupo fosforilo y, los efectos de repulsión de carga en el ATP. 

El ATP pertenece a un grupo de moléculas que se utilizan en la célula para transferir energía. Este grupo de moléculas se clasifican según su capacidad de transferir un grupo fosforilo. El ATP se ubica en el punto medio de las moléculas ricas en energía, por ello puede actuar como un intermediario común para conectar dos reacciones, en un proceso que libere energía y otro que la requiera. 

Gran parte de lo que sabemos acerca de los detalles de las reacciones metabólicas, proviene del seguimiento de moléculas marcadas con isótopos radiactivos a lo largo de las rutas metabólicas o del estudio directo de cada reacción individual utilizando la enzima implicada aislada del organismo y células particulares. 

Las rutas metabólicas son reguladas a varios niveles, desde dentro de la célula y desde afuera. La regulación más inmediata es mediada por la disponibilidad del sustrato. Un segundo tipo de control rápido desde el interior de la célula es la regulación alostérica por un intermediario metabólico o coenzima que indica el estado metabólico o interno de la célula. En los organismo multicelulares las actividades metabólicas de diversos tejidos son regulas e integradas por factores de crecimiento y hormonas que actúan desde fuera de la célula. En algunos casos esta regulación sucede casi instantáneamente (algunas veces en menos de un milisegundo) a través de cambios en los niveles de mensajeros intracelulares que modifican la actividad de moléculas enzimáticas existentes mediante mecanismos alostéricos o por modificaciones covalentes como la fosforilación. En otros casos una señal extracelular modifica la concentración celular de una enzima alterando la velocidad de sus síntesis o degradación, de modo que el efecto se observa después de varios minutos u horas.

El número de transformaciones metabólicas que toman lugar en una célula típica puede parecer abrumador. Sin embargo, existen patrones recurrentes en las rutas metabólicas que hace más fácil familiarizarse con ellas. Ciertos tipos de reacciones suceden en muchas rutas metabólicas diferentes pero siempre usan la misma coenzima y el mismo mecanismo general. Una vez entendido el mecanismo general de una reacción así como el papel de la coenzima necesaria será más fácil reconocer este patrón en otras rutas metabólicas. 

Entendiendo las ventajas de un cambio metabólico en un organismo, cómo una ruta se interconecta con otras que operan simultáneamente en la misma célula para producir la energía y los productos requeridos para el mantenimiento y el crecimiento celular, cómo los mecanismos reguladores en múltiples niveles cooperan para lograr una entrada y salida de energía así como un balance metabólico en el estado dinámico estable de la vida nos genera una idea fascinante y reveladora sobre la vida con incontables aplicaciones en medicina, agricultura y biotecnología. 

Explique la relación o influencia que existe entre los tres conceptos anteriores y la actividad física y deportiva del alumno. 

Las actividades corporales imponen un continuo gasto de energía y una transformación constante de elementos que deben entrar en el cuerpo previamente en forma de alimentos. El organismo humano funciona de la misma manera que un motor y jamás llegará a fortalecerse, por mucho ejercicio que se haga, si no está debidamente nutrido. No se trata de comer en exceso, sin tener en cuenta lo que se consume, a pesar de que se cree que a más comida más gordo, por lo tanto, más vigoroso y más sano se está. El peso aumenta siempre que no se gasta el contenido energético de las sustancias nutritivas, sean muchas o pocas las que se ingieran. La digestión, o transformación de los alimentos en materias solubles y asimilables por el organismo, con expulsión de los productos de desecho, es un proceso en el que intervienen órganos encargados de esa función. Resulta comprensible que cualquier deficiencia o lesión en los órganos que intervienen en la digestión motive escasez en la elaboración de las sustancias nutritivas, o defectos de elaboración, que pueden causar diversas enfermedades. Una nutrición adecuada suministra energía imprescindible para la mayor parte de los procesos del organismo entre otras muchas funciones. 

Para la actividad física es siempre necesario un gasto considerable de energía por parte de los músculos. Los procesos del metabolismo influyen de manera directa y de gran importancia en la posibilidad de llevar a cabo este tipo de actividades. Como vimos anteriormente, el anabolismo es el responsable de la síntesis de biomoléculas, que se traduce en la fabricación de tejidos. Para un deportista esto puede llegar a ser una necesidad primordial, porque es el medio por el cual aumenta su masa muscular y corporal y desarrolla su físico. Un deportista bien alimentado, con una nutrición balanceada y un metabolismo correcto conseguirá ir aumentando gradualmente el tamaño de sus músculos y fortalecerlos. 

Por otro lado, el catabolismo durante la actividad física tiene la importancia directa en la obtención y utilización de energía a partir del rompimiento de biomoléculas energéticas. Vimos anteriormente sobre la molécula energética por excelencia, el adenosin trifosfato, o ATP. Para poder llevar a cabo una actividad física adecuadamente, e incluso una actividad académica (Se ha observado que lo niños que no ingieren un desayuno fuerte rinden en sus estudios la tercera parte de lo que son capaces, porque dan muestras de cansancio, de abulia o de escasa actividad), es necesario tener una buena alimentación. En el catabolismo, la obtención de energía permitirá mantener el cuerpo en actividad física constante, realizar los movimientos y soportar el esfuerzo físico durante un tiempo determinado. Esto no quiere decir que mientras más comida se ingiera, mayor energía se tendrá. El proceso de mejoramiento del rendimiento se da combinando factores como nutrición y condición física con el desempeño, interés y constancia de una manera equilibrada y gradual.

Problemas metabólicos o alimenticios llevan a un bajo desempeño en la actividad física por desequilibrio entre lo que se fabrica (anabolismo) y lo que se destruye. Estos trastornos pueden ser fatales para las personas. Entre los ejemplos comunes de estas dificultades están la obesidad, la anorexia y la bulimia. En la obesidad, se ingiere alimento en exceso y no se hace suficiente ejercicio para formar el cuerpo y desgastar el exceso de alimento. Las otras dos enfermedades tienen que ver con la falta de alimentación que lleva a un peso muy por debajo de lo necesario, y que no permite soportar el desgaste del ejercicio por falta de nutrientes. Es necesario conocer el metabolismo personal para saber la velocidad de síntesis y destrucción de biomasa y llegar al equilibrio requerido. 

Los esteroides anabolizantes son hormonas sintetizadas por el ser humano que inducen al aumento de peso y de masa muscular. En su origen se desarrollaron para ayudar a los pacientes con cáncer y a las víctimas del hambre y procedían de la hormona sexual masculina testosterona. En las últimas décadas, se ha producido un abuso del empleo de esteroides por parte de muchos atletas con la esperanza de mejorar su rendimiento físico. Además de la deslealtad que supone su uso en las competencias deportivas, los esteroides pueden tener graves efectos secundarios, psicológicos y fisiológicos, incluyendo una conducta cada vez más agresiva y el cáncer hepático. En 1974, el Comité Olímpico Internacional sancionó el uso de esteroides, a partir de la disponibilidad de la prueba de cromatografía de gases para detectar su presencia. Desde entonces, algunos atletas han sido descalificados en diversas disciplinas deportivas.