metabolismo energético

IES CONSELLERIA – DEPARTAMENT D’EDUCACIÓ FÍSICA
FONAMENTS BIOLÓGICS I BASES DEL CONDICIONAMENT FÍSIC
METABOLISMO ENERGÉTICO
Concepto de metabolismo
El metabolismo es el conjunto de reacciones bioquímicas y procesos físico-químicos
que ocurren en una célula y en el organismo con el objetivo de mantenernos vivos
Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a escala molecular,
y permiten las diversas actividades de las células: crecer, reproducirse, mantener sus
estructuras, responder a estímulos, etc. Cuando abastecemos al cuerpo de oxígeno,
agua, combustible y todos los nutrientes esenciales que requiere, las células del
organismo pueden cumplir eficientemente su trabajo de mantenernos vivos, sanos y
con un peso ideal
El metabolismo se divide en dos procesos conjugados: catabolismo y anabolismo.
•
•
Las reacciones catabólicas son aquellas que liberan energía; en ejemplo es la
glucólisis, un proceso de degradación de compuestos como la glucosa, cuya
reacción resulta en la liberación de la energía retenida en sus enlaces
químicos.
Las reacciones anabólicas, en cambio, utilizan esta energía liberada para
recomponer enlaces químicos y construir componentes de las células como lo
son las proteínas y los ácidos nucleicos.
El anabolismo y el catabolismo son procesos acoplados que hacen al metabolismo en
conjunto, puesto que cada uno depende del otro.
Los fosfágenos de alta energía: la vía metabólica
anaeróbica aláctica
Los fosfágenos de alta energía permiten realizar acciones de alta intensidad durante
unos pocos segundos. Estos compuestos químicos son, principalmente los siguientes:
el adenosintrifosfato (ATP), el adenosindifosfato (ADP) el adenosinmonofosfato(AMP),
el guanasintrifosfato(GTP) y el uridintrifosfato (UTP)
El ATP es el compuesto generalmente utilizado para proveer de energía a nuestras
células
La cantidad de ATP que podemos almacenar en nuestros músculos para ser utilizado
de forma inmediata es muy limitada, aproximadamente 5 mmol/gr músculo , lo que
supone energía para unos pocos segundos (4-5 segundos, si bien pueden realizarse
acciones de màxima intensidad).
Cuando el ATP se hidroliza para obtener energía, se transforma en ADP + Pi. En
nuestro organismo disponemos de otro compuesto , la fofocreatina (PC) con el que
podemos resistetizar ATP desde el ADP. La cantidad de PC almacenada en músculo
es unas 5-6 veces superior a la cantidad de ATP almacenada (unos 25 mmol/gr
músculo ) lo que posibilita que podamos mantener actividades de alta intensidad
durante 20-30 segundos .
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ADP + PC = ATP + C
Una vez gastados estos fosfágenos, vuelven a resintetizarse pasado un determinado
tiempo de reposo. Estos tiempos de recuperación son enormemente importantes en la
organización de los entrenamientos.
Está aceptado que recuperación de fosfágenos opera como sigue:
•
•
•
Tras 2’ de recuperación, se han repuesto el 60% de los fosfágenos gastados
Tras 5’ de recuperación, se han repuesto el 95% de los fosfágenos gastados
Tras 8’10’ de recuperación, se han repuesto el 100% de los fosfágenos
gastados.
Los alimentos: fuente de energía
Todas las unidades biológicas se alimentan, con la finalidad de proveerse tanto de
energía como de materia prima para su crecimiento y desarrollo.
Los alimentos pueden agruparse en tres grandes grupos: Carbohidratos, Proteinas y
Lípidos.
Estos tres tipos de alimentos al final se metabolizan para obtener energía para el
organismo.
Grupo alimenticio
Unidad metabolizada
Carbohidratos
Lípidos
Glucosa
Acidos grasos
Proteínas
Aminoácidos
Transformación
convergente
ENERGÍA
En forma de ATP
Y otros fosfágenos
El ATP: la "moneda universal de Energía" en los sistemas biológicos
El ATP pertenece al grupo de los nucleótidos, por lo tanto esta compuesto por una
base nitrogenada (adenina), una pentosa (ribosa) y un grupo fosfato (en el caso del
ATP, tres radicales fosfato con enlaces de alta energía).
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Liberación de energía del ATP:
La energía almacenada en los enlaces de fosfato se libera a través de un proceso
catabólico. El ATP libera su grupo fosfato para transformarse en Adenosina Di Fosfato
(ADP)
Esta reacción es reversible, o sea que el ATP del organismo se reconstituye a partir de
ADP para almacenar la energía presente en los alimentos que consumimos.
Usualmente el ATP se transforma en ADP para liberar energía, y el ADP en ATP para
almacenar energía. Sin embargo bajo ciertas condiciones el ADP se transforma en
AMP (Adenosina Mono Fosfato), liberando así un excedente de energía al romper el
segundo enlace fosfato, pero esta condición no es muy usual.
Usos comunes del ATP
El ATP a parte que sirve para el almacenamiento de energía, es utilizado por el
organismo para diversos procesos:
•
•
•
Transporte activo en las membranas celulares: para el movimiento de solutos
en contra del gradiente de concentración.
Síntesis de compuestos químicos (anabolismo): muchos de los procesos
bioquímicos requieren energía para ejecutarse. El ATP provee la energía para
la ejecución de dichas reacciones.
Trabajo mecánico, específicamente movimiento muscular
Síntesis de ATP
El lugar donde se sintetiza el ATP radica en la mitocondria celular, concretamente en
las crestas mitocondriales.
En el citoplasma también se produce ATP, pero en proporciones considerablemente
menores o muy poco significativas.
Todos los grupos alimenticios (carbohidratos, lípidos y proteínas) pueden
transformarse en ATP. Sin embargo los procesos que atraviesan son diferentes. Vea
el siguiente esquema que acontece en el citoplasma celular:
En un primer paso, todos los grupos alimenticios se simplifican al dividirse en sus
compuestos más sencillos, tal es el caso de los diversos carbohidratos que acaban
simplificándose en glucosa, o las proteínas en aminoácidos.
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Posteriormente estas "unidades menores" o simplificadas sufren transformaciones
para convertirse en piruvato (o ácido pirúvico)
pirú
) para el caso de los carbohidratos y en
acetoacetato para el caso de los lípidos y las proteínas.
Al final de este proceso que ocurre en el citoplasma celular, tanto el piruvato como el
acetoacetato se transforman en acetil CoA, compuesto que ingresa a las mitocondrias
para participar en la síntesis de ATP.
En un segundo paso, que ocurre en las mitocondrias, el acetil CoA es utilizado en un
proceso denominado "Ciclo de Krebs" (en honor a Hans Krebs su descubridor), del
cual resultan principalmente dos tipos de compuestos denominados NADH y FADH,
los cuales son "vehículos biológicos de transferencia de electrones". Es pues durante
este ciclo de Krebs que se libera bastante energía en procesos de oxido-reducción,
oxido
de
la cual concluyen estos "transportadores de electrones". Posteriormente el NADH y
FADH ingresan a un proceso denominado "cadena respiratoria" del cual ya resulta la
síntesis de ATP.
Carbohidratos
Los carbohidratos pueden
ueden ser:
ser
–
–
–
Monosacáridos (Triosas – Tetrosas – Pentosas – Hexosas,
Hexosas como la
glucosa, fructosa
fruct
y la galactosa...)
Disacáridos : Unión de dos monosacáridos (maltosa, lactosa,
sacarosa...)
Polisacáridos: Cadenas largas de monosacáridosn (glucógeno,
almidón...)
SACAROSA
ACAROSA
MALTOSA
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La glucosa es el monosacárido que utiliza el músculo esquelético,
esquelético, así pues, todos los
carbohidratos que tomemos de los alimentos serán transformados en glucosa para de
esta forma ser utilizada para la obtención de energía. Esta glucosa podremos
encontrarla
trarla finalmente en el organismo:
organismo
•
•
•
Almacenada en forma de Glucógeno (muscular o hepático)
Glucosa sanguínea circulante
Podremos obtener glucosa mediante el proceso denominado Gluconeogénesis
hepática (obtención de glucosa a partir de sustratos no glucídicos:lactato,
piruvato,aminoácidos, glicerol)
Metabolismo de los carbohidratos
Glucolisis anaeróbica
Podemos definirla como la conversión metabólica de los carbohidratos en compuestos
más sencillos,, para este caso en ácido pirúvico o piruvato.
Todos
odos los carbohidratos que se consumen se transforman en glucosa, la cual es
almacenada en los animales, como ya hemos dicho, en forma de glucógeno. Este
glucógeno (que no es ni más ni menos que enormes cadenas de glucosa), mediante el
proceso de la glucogenolisis, cederá glucosas que serán utilizadas para la obtención
obtenci
de energía en las células que lo requieran.
Hay que resaltar que este proceso
proc
es propio de los carbohidratos, no de las proteínas
ni de los lípidos.
Aquí podemos observar un esquema de este proceso
La ganancia neta de energía por cada molécula de glucosa por esta vía anaeróbica
láctica es de 2 ATP. Aunque pueda parecer poca energía, debemos comprender que
el mecanismo de obtención es muy rápido, por lo que todas aquellas actividades de
intensidad
ntensidad alta que deban mantenerse durante unos pocos segundos, utilizarán
preferentemente esta
a vía metabólica.
La limitación de utilización de la glucolisis anaeróbica radica en la capacidad de
resistencia al metabolito final
nal de dicha vía que es el ácido láctico. Aquellos individuos
que son capaces de soportar mayores tasas de AL en sangre, diremos que tienen
mejor Resistencia Anaeróbica Láctica.
Láctica. Los entrenamientos sistemáticos que se lleven
a cabo bajo estas condiciones metabólicas
metabólicas serán propios de actividades de alta
intensidad (submáxima) y de una duración de entre 30”
30 y 90”.
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Hay que decir que el ácido láctico tiene una gran influencia sobre la lipólisis o
degradación de las grasas, por ello, los deportistas que practican especialidades
anaeróbicas lácticas (corredores de 400 m lisos , por ejemplo) tienen una gran
definición muscular y cuerpos con bajos niveles de grasa)
El Ciclo de Krebs
El producto final del proceso anaeróbico (el cual ocurre en el citoplasma de la célula),
bajo condiciones aerobias es el acetil CoA.
El acetil CoA ingresa entonces a las mitocondrias para participar en una serie de
reacciones bioquímicas de oxidación, cuya finalidad es producir coenzimas reducidas
de NADH y FADH. Esta serie de reacciones es el Ciclo de Krebs.
Este proceso también es conocido como el "ciclo del ácido cítrico" o el "ciclo de los
ácidos” tricarboxílicos".
También se lo podría definir como una "cadena de oxidaciones", debido a que recibe
AcetilCoA para "impulsar" una serie de cuatro oxidaciones cuyo producto final son las
coenzimas NADH y FADH reducidas al ser cargadas de electrones.
Y estas coenzimas reducidas por el ciclo de Krebs (FADH y NADH) son las que irán a
participar en el último eslabón de la cadena del metabolismo energético aeróbico: el
transporte de electrones, también llamado “cadena respiratoria”
La ganancia neta de cada ciclo de Krebs es de 36 ATP (hay que tener en cuenta que
de cada molécula de glucosa se obtienen 2 de piruvato y por lo tanto cada glucosa
dará lugar a 2 ciclosd e Krebs, con una ganancia neta de 36 ATP por ciclo).
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Metabolismo de los lípidos
Los lípidos son compuestos solubles en solventes orgánicos y no lo son en agua.
Tienen varias y diversas funciones, entre las que podemos destacar:
–
–
–
Formar parte de la estructura de las células (concretamente de las
membranas celulares)
reserva energética (en forma de triglicéridos)
aislantes térmicos (en forma de grasa subcutánea)
Se clasifican en tres grupos:
1. Triglicéridos:(conformados por tres ácidos grasos y glicerol)
Se almacenan como gotas en el citoplasma celular y sirven como fuente de energía.
En la célula existen tres tipos de triglicéridos tales como los aceites, ceras y grasas.
La síntesis de triglicéridos tiene lugar en el retículo endoplásmico de casi todas las
células del organismo, pero es en el hígado y en el tejido adiposo donde este proceso
es más activo y de mayor relevancia metabólica.
Las grasas, los aceites y las ceras son triglicéridos. Las grasas provienen de los
alimentos de origen animal y normalmente se presentan sólidas a temperatura
ambiente, mientras que los aceites suelen ser de origen vegetal (también pueden
provenir de algunos pescados) y se presentan líquidos a temperatura ambiente
2. Fosfolípidos: Son similares a los triglicéridos; constituyen el componente principal de
las membranas celulares. También tienen una importante función como activadores
enzimáticos.
3. Esteroides: Forman estructuras de soporte y actúan como hormonas (colesterol)
Metabolismo de los lípidos
Gran parte de los lípidos de la dieta se encuentran como triglicéridos. Como promedio,
un 40% de los requerimientos energéticos de la dieta de los humanos de los países
industrializados son proporcionados por los triglicéridos, aunque la recomendación
más saludable es que representen entre el 20% y el 30% del aporte energético de la
dieta.
Estos triglicéridos se hidrolizan en el intestino a ácidos grasos y a monoglicéridos,
moléculas que se absorben, se reesterifican y se transportan por la sangre, llegando al
hígado y al tejido adiposo.
Absorción de los triglicéridos
En las células de la mucosa intestinal los trigliceridos, los digliceridos, los
monogliceridos, el glicerol y los ácidos grasos libres se reconvierten en triglicéridoss y
se unen con el colesterol de la dieta, junto con una proteína específica, formando los
quilomicrones. Estos compuestos, salen de la mucosa intestinal hacia el sistema
linfático, pasan a la sangre y llegan al músculo y al tejido adiposo.
En los capilares de estos tejido, una enzima (la lipoproteína lipasa) hidroliza los
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trigliceridos a ácidos grasos y glicerol, siendo ambos productos captados por las
células en los tejidos.
En el músculo, los ácidos grasos se oxidan para obtener energía, y en el tejido
adiposo se reesterifican para ser almacenados como triglicéridos. Los quilomicrones
remanentes, que contienen colesterol y apolipoproteínas van por la sangre llegan
hasta el hígado donde pueden oxidarse para proporcionar energía o bien ser
precursores de cuerpos cetónicos.
Las tasas de cuerpos cetónicos en sangre aumentan cuando predomina la
degradación de grasas sobre la de carbohidratos, lo que produce un cuadro
denominado “cetosis” que puede ser perjudicial para la salud, según muchos estudios.
Ante exigencias energéticas, las hormonas adrenalina y glucagón estimulan a los
depósitos de triglicéridos del tejido adiposo a liberar ácidos grasos, los cuales se
transportan a otros tejidos (como músculos y corteza rena) en donde pueden ser
oxidados. El transporte se realiza en unión de la albúmina sérica, de la que luego se
disocian, y se difunden en el citosol celular. Puesto que las enzimas que oxidan los
ácidos grasos se encuentran en el interior de las mitocondrias, previamente tienen que
pasar la membrana mitocondrial, transporte que se realiza con ayuda de enzimas,
entre las que se encuentra la carnitina.
Beta-oxidación de los ácidos grasos
La oxidación de los ácidos grasos genera acetil-CoA y tiene lugar preferentemente en
la mitocondria. Durante este proceso, la cadena de ácidos grasos experimenta una
degradación cíclica. Estas fases de la oxidación se repiten hasta que el ácido graso
está completamente degradado a acetil-CoA
A continuación incluimos un esquema gráfico de los procesos que se han ido
mencionando.
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El estado metabólico del organismo ejerce influencia sobre la velocidad de la oxidación
de las grasa. Situaciones como hambre y ejercicio de larga duración favorecen un
aumento de la lipolisis y de la oxidación. Por el contrario, niveles elevados de glucosa
e insulina la limitan.
Metabolismo de las proteínas
Las proteínas son moléculas formadas por cadenas de aminoácidos.
Las proteínas son indispensables para la vida, sobre todo por su función plástica y
también por sus funciones biorreguladoras (forma parte de las enzimas) y de defensa
(los anticuerpos son proteínas).
Así pues, hablando de las funciones de las proteínas podemos resaltar las siguientes
•
•
•
•
•
•
Función estructural: esta es la función más importante de una proteína
(colágeno)
Función Inmunológica (anticuerpos),
Función enzimática (sacarasa, pepsina…)
Función contráctil (actina y miosina).
Función homeostática: colaboran en el mantenimiento del pH (ya que actúan
como un tampón químico)
Protectora o defensiva ( trombina y fibrinógeno)
Las proteínas están formadas por aminoácidos
Los aminoácidos son biomoléculas conformadas por C, H, O, N y ocasionalmente
azufre (S) , fósforo (P) y hierro (Fe).
Todos los aminoácidos tienen dos grupos funcionales unidos al mismo átomo de
carbono: un grupo ácido (-COOH) y un grupo amino (-NH2).
Forman cadenas muy largas (cientos de
aminoácidos) dando origen a las
proteínas, las cuales son biomoléculas de
las que dependen la estructura y muchas
funciones celulares como ya hemos
mencionado.
ESENCIALES
NO ESENCIALES
Isoleucina
Alanina
Leucina
Tirosina
El origen de las proteinas puede ser
animal o vegetal; en ambos casos están
formados por la combinación de 20
aminoácidos. Cada proteínastiene un
distinto número y porcentaje de
aminoácidos.
Lisina
Aspartato
Metionina
Cisteina
Fenilalanina
Glutamato
Treonina
Glutamina
Los aminoácidos esenciales son
necesarios para la vida y no los podemos
sintetizar. Para el ser humano hay 9
aminoácidos esenciales y 10 en los
lactantes, por lo tanto hay que
consumirlos en la dieta. Si estos
aminoácidos esenciales no están
Triftófano
Glicina
Valina
Prolina
Histidina
Serina
Arginina *
Asparagina
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presentes al mismo tiempo y en proporciones específicas, los otros aminoácidos,
todos o en parte, no pueden utilizarse para construir las proteínas humanas.
Los no esenciales pueden ser sintetizados por el organismo a partir de otras
sustancias por lo que no es necesario consumirlos.
Los aminoácidos esenciales se encuentran en carnes, pescados, huevos y leche, así
como en cereales o la soja. Normalmente los vegetales no tienen todos los
aminoácidos esenciales, por lo que hay que combinarlos para evitar carencias.
Desde hace años, entre los deportistas de especialidades de fuerza se han puesto
muy de moda los llamados “aminoácidos ramificados”.
¿Qué son?
Los aminoácidos ramificados (Branched-Chain Amino Acids) se refiere a un tipo de
aminoácidos. Entre ellos se encuentran la leucina, la valina y la isoleucina. La
combinación de estos tres aminoácidos esenciales compone casi la tercera parte de
los músculos esqueléticos en el cuerpo humano y desempeñan un papel muy
importante en la síntesis de proteínas.
Usos
Se suele ingerir como suplemento dietético (frecuentemente como suplemento de
musculación) con el objeto de evitar el denominado “sobreentrenamiento” en los
atletas de levantamiento de pesos y de musculación. El uso como suplemento en
deportes anaeróbicos suele hacerse en tomas con protocolos de dos tomas,
generalmente media hora antes y después del ejercicio.
Los compuestos comercializados suelen tener un ratio de 2:1:1
(leucina:valina:isoleucina).
Se aconseja tomar los aminoácidos ramificados junto con suplementos de proteína o
con carne magra, así como con vitaminas del grupo B y minerales.
Efectos secundarios
No se han detectado problemas o efectos secundarios en dosis por debajo de los seis
gramos diarios.
Consumir grandes cantidades de BCAA durante el ejercicio puede hacer disminuir la
absorción de agua en el intestino lo que puede inducir a problemas gastrointestinales.
Además tenemos que tener presente que el exceso de ingesta de proteínas, puede
suponer que se conviertan en grasas si no son realmente utilizadas. Además el exceso
en el consumo de proteínas se relaciona con problemas de acidosis, ya que se
incrementa la tasa de ácido úrico y urea almacenados en sangre, lo que puede llevar a
diversos problemas metabólicos.
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En cuanto a la relación de todo lo visto anteriormente respecto al metabolismo de los
principios inmediatos, sus vías metabólicas y el entrenamiento deportivo, adjuntamos
la siguiente tabla que pone en relación estos aspectos: