Bienvenido a la Maquina

Guillermo A. Laich
30/11/2012 20:11

Breve Historia de los Mecanismos Celulares que Generan Energía Anaeróbica y Aeróbica

 

 

 

La finalidad de este articulo es demostrar que la comprensión del funcionamiento metabólico de un músculo, a modo de una maquina bioquímica que respira y produce energía para la contracción, está al alcance de todos. Para eso tenemos que comenzar en la base y desde hace algunos millones de años atrás … o incluso, algunos más…       

El problema fundamental radica en que la mayoría de nosotros tendemos a saber más, sobre el funcionamiento de nuestro automóvil que sobre nuestros propios músculos. Muchos incluso ignoramos que un músculo, al igual que el motor del automóvil, sea capaz de combinar el oxígeno atmosférico con el combustible para obtener energía.   

Mientras que un automóvil combina el oxígeno con gasolina en el carburador para que se produzca la combustión, el músculo lo hace con moléculas biológicas, y con la misma finalidad, dentro de sus mitocondrias. En ambos casos el oxígeno se comporta como un carburante en la liberación de energía. Veamos por qué. 

Una “máquina” se define como un conjunto de elementos móviles y fijos cuyo funcionamiento posibilita aprovechar, dirigir, regular, o transformar energía y realizar trabajo con un fin determinado. Según esta definición, el ser humano es una maquina biológica donde gran parte su actividad depende de la energía que genere. 

Nuestro “metabolismo” es el conjunto de reacciones bioquímicas y procesos físicos y químicos que ocurren en una célula y en el organismo, y se compone de dos procesos fundamentales: catabolismo o degradación, y anabolismo o síntesis      

 La “respiración celular” es un componente del metabolismo, y representa el conjunto de reacciones bioquímicas que catabolizan o degradan los compuestos orgánicos hasta su conversión en sustancias inorgánicas. Es un proceso que libera energía de manera controlada para luego incorporarla a la molécula de adenosin-trifosfato o ATP.    

Como, de una manera u otra, toda la energía de todos los organismos vivos que existen en el planeta – tanto vegetales como animales - proviene del sol, podemos afirmar que la maquinaria bioquímica de la respiración celular, y el metabolismo en general, se encuentra conectada al sol.   

Ahora bien, ¿cual fue el origen evolutivo de la respiración celular en sus vertientes anaeróbica y aeróbica?, y ¿qué relación actual tiene con los respectivos componentes de alta, media, y baja intensidad en las clases de ciclo indoor?      

En tiempos muy remotos, y estamos hablando de miles de millones de años, nuestro planeta era un lugar muy inhóspito donde no existía el oxígeno. En esos tiempos, la tierra tenia una atmósfera de hidrógeno en combinación con algunos otros elementos. El hidrógeno puro es un gas muy liviano y difícil de retener por la gravedad, pero es posible retenerlo en combinación con carbono, oxígeno, y nitrógeno.       

Tales combinaciones formaron moléculas de agua, metano, y amoniaco respectivamente, que a su vez constituyeron un océano de agua con amoniaco disuelto en su interior. En esos momentos, la atmósfera superpuesta estaba constituida por hidrógeno, vapores de amoniaco, metano, y agua. Esa atmósfera se conoce con la denominación de “Atmósfera I.” A pesar de su inhóspita constitución, en su presencia surgieron las primeras formas de vida en la tierra.       

Con el tiempo, y en el océano, las moléculas se combinaron y recombinaron hasta ser cada vez mas complejas y presentar algunas propiedades compatibles con la vida. En tierra firme tal proceso resultaba imposible debido a la inclemencia de la atmósfera y la potente radiación ultravioleta, motivo por el cual la superficie terrestre permaneció sin vida durante muchos millones de años.      

Con el paso del tiempo las cosas empeoraron. La alta energía de la radiación solar ultravioleta desintegraba las moléculas de vapor de agua, transformaba el amoniaco en hidrógeno, y el metano en dióxido de carbono. Así fue como poco a poco la Atmósfera I, constituida por hidrógeno, vapores de amoniaco, metano, y agua, se transformo en la Atmósfera II, compuesta esencialmente por hidrógeno y dióxido de carbono.    

Evolutivamente hablando, el desarrollo de la Atmósfera II represento un paso atrás, ya que no permitía la formación de alimentos y la consecuente obtención de energía con la misma celeridad que la Atmósfera I. El resultado fue una importante disminución de alimentos disponibles en las capas superficiales de los océanos. La vida se encontraba en un crítico y desesperante callejón sin salida.    

No obstante, con el tiempo surgió una biomolécula de color verde, conocida como “clorofila,” cuya función sería fundamental para rescatar la situación en aquellas adversas condiciones ambientales. Esta, es una molécula extremadamente importante en la fotosíntesis, proceso que permite a las plantas verdes absorber energía a partir de la luz y formar otras moléculas alimenticias partiendo de dióxido de carbono y agua.     

Lo curioso de este proceso es que la fotosíntesis tiene como desecho metabólico el oxigeno, y por lo tanto, y en esos momentos, el proceso era algo parecido a depositar materia fecal en el océano.  Adicionalmente, el oxígeno constituía el gas más tóxico y letal de la atmósfera. En nuestra atmósfera actual (Atmósfera III), una de cada cinco moléculas es de oxígeno dos.     

En la actualidad las células musculares esqueléticas humanas tratan con el oxígeno de manera aeróbica a través de unas diminutas maquinas moleculares intracelulares, que en su mayoría son biológicamente autosuficientes, conocidas como “mitocondrias.”       

Cuando realizamos ejercicios aeróbicos, prolongados y de baja intensidad, en realidad estamos educando mitocondrias para que utilicen el oxígeno para generar energía. La energía extraída mediante la oxidación, luego es atrapada en moléculas de ATP y enviada a distintas zonas relacionadas con el trabajo celular.      

Prosiguiendo con nuestra historia, a la vez que las plantas verdes proliferaron, la concentración de oxígeno también aumentó, y poco a poco se fue acumulando como otro componente de la atmósfera. En virtud de tal aumento, la Atmósfera II se transformó en la actual Atmósfera III, constituida por nitrógeno en un 78 por ciento, y oxígeno en un 22 por ciento.      

La presencia de oxígeno libre en la composición de la Atmósfera III fue crucial para la ulterior evolución de la vida en el planeta. En las atmósferas anteriores los organismos vivos obtenían su energía de manera anaeróbica, o sea en ausencia de oxígeno, degradando las moléculas alimenticias de mediano tamaño en moléculas más pequeñas.    

En cada degradación se producía una liberación de energía que se atrapaba en las moléculas de ATP. Pero el proceso nunca era completo ya que se acumulaban productos intermedios parcialmente degradados, y en consecuencia se obtenía poca energía.      

No obstante, y quizá desde el principio, debieron existir otras formas de vida carentes de clorofila que se lograron adaptar al medio. Tales formas eran incapaces de fabricar su propio alimento, y por lo tanto sobrevivían parasitando a las plantas verdes. Es probable que estas hayan sido las primeras células animales.     

Una célula animal era capaz de ingerir plantas y utilizar la energía alimentaria que a las mismas plantas les había costado gran esfuerzo acumular. Pero aun así, y en un medio carente del oxígeno, continuaba siendo muy pequeña la cantidad de energía que una célula animal podía atrapar en las moléculas de ATP por medios anaeróbicos.     

 En esos tiempos las células animales no eran ni más complejas ni más activas biológicamente que las células de las plantas verdes. Sus respectivos mecanismos celulares anaeróbicos poseían más o menos la misma eficacia en la producción de energía. Actualmente, los componentes de la respiración anaeróbica en nuestras fibras musculares esqueléticas corresponden al sistema adenosin-trifosfato y creatin-fosfato conocido como ATP-CP (proceso anaeróbico aláctico), y la glucólisis anaeróbica (proceso anaeróbico láctico).     

Después de un largo y tortuoso proceso evolutivo, y en presencia de la Atmósfera III, las células animales fueron capaces de desarrollar mecanismos bioquímicos oxidativos utilizando el oxígeno como carburante. Esto permitió una mayor combustión de los alimentos en presencia de oxígeno, así como multiplicar por veinte la capacidad para obtener energía. En tales condiciones el sistema anaeróbico se asemejaba a la batería de nuestro coche (que funciona sin oxígeno), mientras que el sistema aeróbico se asemejaba al motor (que funciona con oxígeno).  

 De esta manera surgió la respiración celular aeróbica. Su base funcional es la acción del oxígeno como carburante en la degradación molecular, con la producción de dióxido de carbono y agua como productos finales. Actualmente, los componentes de la respiración aeróbica en nuestras fibras musculares esqueléticas son el ciclo de Krebs y la cadena citocromática o fosforilación oxidativa.

Por todo lo anterior, las plantas verdes consumen dióxido de carbono y desechan oxígeno hacia la atmósfera. Luego nosotros inhalamos ese oxígeno y desechamos dióxido de carbono para que lo inhalen las plantas. En todo este proceso cíclico y simbiótico de mutua dependencia, tanto las plantas como nosotros, conseguimos vivir de nuestros respectivos desechos. Este avance fue lo que favoreció la explosión de la vida animal en el mar y luego … en tierra firme.     

Una molécula de oxígeno está compuesta de dos átomos de oxígeno unidos entre si a modo de “oxígeno dos.” Pero en su momento, y en las capas superiores de la atmósfera terrestre, la luz solar actúo como catalizador para añadir un tercer átomo de oxígeno a los dos ya existentes para formar “oxigeno tres” u ozono. El resultado fue la formación de una capa ubicada a veintitrés kilómetros sobre la superficie terrestre, conocida como la “capa de ozono.”     

Esta capa de mayor densidad poseía, y aun posee, la capacidad, a modo de una gigantesca membrana protectora, de absorber la luz solar del espectro ultravioleta. De esta manera el planeta pudo contar con un sistema de filtración o protección que permitió que la vida saliera del mar para colonizar la tierra firme.  

 El proceso fue largo pero valió la pena. Ahora, y gracias a esa maquina que hemos heredado de nuestros remotos antepasados, somos capaces de hacer frente a las distintas demandas fisiológicas especificas impuestas, tanto anaeróbicas como aeróbicas, en cualquiera de las actividades deportivas que emprendamos. Lo que denominamos “entrenamiento” es en realidad un proceso adaptativo a una demanda especifica impuesta para que esa antigua y sofisticada maquina nos proporcione energía de una manera mas eficiente.

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