¿Qué es el metabolismo energético y cómo funciona?

Cómo funciona

Una célula construye proteínas, copia ADN y mueve iones a través de su membrana. Algunas de las reacciones que lo permiten ocurren solas y desprenden energía. Otras exigen aportarla. La célula renueva sin parar la energía que esas reacciones gastan.

Las reacciones no suceden sueltas, sino encadenadas en vías metabólicas. Una vía metabólica es una serie de reacciones conectadas que transforman una molécula, paso a paso, en un producto final. Cada paso lo facilita una enzima, una proteína que acelera la reacción sin gastarse en ella. Las vías son de dos tipos. Las anabólicas parten de piezas pequeñas y construyen moléculas complejas, como proteínas a partir de aminoácidos o cadenas nuevas de ADN, y por eso necesitan energía. Las catabólicas hacen lo contrario: descomponen moléculas complejas en otras más simples y liberan la energía guardada en sus enlaces.

Entre unas y otras hace de intermediario el ATP, trifosfato de adenosina. La molécula consta de adenosina, que une una base llamada adenina con el azúcar ribosa, y de tres grupos fosfato. Los enlaces que unen los fosfatos son de alta energía. Cuando la célula rompe uno con ayuda de una molécula de agua (hidrólisis), el ATP se convierte en ADP, difosfato de adenosina, más un fosfato suelto. Los productos tienen menos energía libre que el ATP, y esa diferencia se aprovecha. La energía libre es, a grandes rasgos, la disponible para hacer trabajo. En condiciones estándar la hidrólisis libera 7,3 kilocalorías por mol, y dentro de una célula viva casi el doble, unas 14.

El proceso es reversible. Volver a unir el fosfato al ADP regenera ATP, pero exige aportar energía. La célula no puede guardar grandes cantidades de energía libre, porque el exceso se traduciría en calor y dañaría su interior. El ATP funciona como una batería recargable: se descarga al usarlo y se recarga con la energía de los nutrientes. Además es muy inestable: si no se emplea enseguida, se rompe solo y la energía se pierde como calor.

Para que esa energía haga trabajo, la célula la acopla a otra reacción. El fosfato desprendido pasa a otra molécula, un proceso llamado fosforilación. La receptora queda con más energía libre, inestable, y cambia de forma. Ese cambio es el trabajo.

Falta saber de dónde sale la energía para recargar el ATP. En casi todos los seres vivos viene del metabolismo de azúcares como la glucosa. Una sola molécula de glucosa puede rendir de 36 a 38 moléculas de ATP. Una parte pequeña se genera durante la ruptura de la glucosa, cuando un compuesto intermedio cede un fosfato al ADP. La mayor parte, en torno al 90 por ciento, sale de un proceso más complejo, la quimiosmosis, que ocurre en las mitocondrias de las células eucariotas o en la membrana plasmática de las procariotas. Se llama fosforilación oxidativa.

En ese recorrido la energía viaja sobre todo en electrones. Una oxidación le quita un electrón a un compuesto y una reducción se lo da a otro, siempre a la vez. Transportadores como el NAD y el FAD llevan esos electrones de una vía a otra, y así la energía se entrega en paquetes pequeños.

Los azúcares, a su vez, proceden de la fotosíntesis. Las plantas usan la luz del sol para construir glucosa a partir de dióxido de carbono, y la energía se guarda de forma temporal en ATP y en NADPH. Fabricar una sola molécula de glucosa cuesta 18 ATP y 12 NADPH. Parte de la glucosa se almacena como almidón o glucógeno, que luego se descomponen en glucosa para producir ATP.

La respiración celular se apoya en el oxígeno. Algunos eucariotas, sin embargo, descomponen nutrientes sin él, por fermentación. Ese metabolismo anaerobio probablemente es el más antiguo: la vida surgió hace unos 3.800 millones de años, con una atmósfera sin oxígeno. Todas las ramas de la vida comparten algunas vías, lo que apunta a un antepasado común.