Primera ley de la termodinámica y el metabolismo humano

fuente: http://www.monografias.com/

La primera establece que la energía total de un sistema, más la de su entorno, permanece constante. Implica que durante cualquier cambio dentro del sistema completo, la energía no se pierde ni se gana. Sin embargo, puede transferirse de una parte a otra o puede ser transformada a otra forma de energía. Los seres vivos son sistemas abiertos que intercambian materia y energía con el ambiente. Cuando en un ser vivo ocurre un proceso determinado, la energía que se pierde o se disipa es igual a la que gana el ambiente.

La primera ley de termodinámica (ley de la conservación de la energía ) es el principio que asienta que la energía ni se crea ni se destruye sólo se transforma de una forma a otra. Esto implica de qué se puede hablar de un equilibrio energético entre el aporte calórico y el gasto de energía.

Los billones de células que componen al cuerpo humano poseen la vital tarea de mantener trabajando al organismo. Para esto, es necesario que se lleven a cabo un conjunto de reacciones químicas y enzimáticas del organismo dirigido a la producción de compuestos energéticos y a la utilización de fuentes de energía, donde las células de nuestro cuerpo sirven de escenario. El metabolismo celular consume nutrimentos (hidratos de carbono o glúcidos, grasas o lípidos y proteínas o prótidos) y oxígeno (O2), generando desechos y gas carbónico que deben eliminarse. Fragmentos que resultan del rompimiento de estas sustancias nutricias energéticas o combustibles metabólicos pueden entrar al Ciclo de Krebs (o ciclo de ácido cítrico), especie de vía común para su degradamiento, en la cual son desdoblados hasta átomos de hidrógeno y CO2. Los átomos de hidrógeno son oxidados para formar agua (H2O) por medio de una cadena de flavoproteinas y citocromos dentro de la cadera respiratoria. Dentro del metabolismo se realizan dos reacciones químicas complementarias, a saber, el catabolismo y el anabolismo.

La fase catabólica del metabolismo posee la importante tarea de hidrolizar (degradar, desdoblar, romper) moléculas alimentarias grandes a moléculas más pequeñas, con la consecuente liberación de energía útil dirigida para desencadenar reacciones químicas necesarias para el mantenimiento orgánico. Por consiguiente, el catabolismo representa un proceso de descomposición, o fragmentación de una molécula en partes cada vez más pequeñas, donde se acompaña la liberación de energía en la forma de calor y energía química. La energía derivada de reacciones catabólicas primero deben de transferirse a enlaces de alta energía de las moléculas de trifosfato de adenosina (ATP). La primera se encarga de catabolizar las sustancias nutricias energéticas mediante tres reacciones químicas, conocidas como glucólisis (degradamiento de la glucosa en acetil-co-A), el metabolismo beta de las grasas (se acortan progresivamente, dando acetil-co-A), y la deaminación de los aminoácidos (rompimiento de los amino ácidos, donde se produce acetil-co-A). El ciclo de Krebs o ciclo del ácido cíclico participa en la segunda etapa del catabolismo, donde se libera el hidrógeno de la molécula de acetil-co-A para unirlo con los transportadores de hidrógeno y la eventual producción de gas carbónico y agua. La tercera y última etapa consiste de la cadena respiratoria (o sistema de transporte electrónico) mediante la cual se emplean los transportadores de hidrógeno para sintetizar un compuesto de alta energía química potencial, llamado adenosina de trifosfato (ATP).

Por otro lado, la fase anabólica utiliza energía libre para elaborar moléculas grandes a partir de moléculas más pequeñas. Representa, entonces, una reacción química de síntesis, construcción o formación que requiere energía (se acompaña de utilización de la energía). Esta energía se deriva de las reacciones catabólicas. Por consiguiente, los procesos metabólicos de naturaleza anabólica involucran la unión de pequeñas moléculas para formar moléculas más grandes, y reúnen los pequeños fragmentos moleculares para formar moléculas mayores. Los procesos anabólicos recurren siempre a la energía, de manera que puedan producir compuesto de mayor tamaño que se derivan de los fragmentos moleculares de menor tamaño (enzimas, hormonas, anticuerpos, tejido muscular, entre otras moléculas). Por ejemplo, durante el anabolismo energético los acetil-co-A detienen los procesos degradadores para poder producir glucógeno, el cual será almacenado especialmente en los músculos esqueléticos e hígado.

Los compuestos de alta energía poseen enlaces químicos. Un enlace químico representa la energía potencial que mantiene los átomos juntos en una molécula.

Toda reacción o proceso químico a nivel celular involucra sustratos y enzimas. Los sustratos son las moléculas sobre las cuales actúan las enzimas. Una enzima representa un tipo de proteína (catalizador biológico) encargado de acelerar las reacciones bioquímicas en una vía metabólica particular. Las enzimas no sufren cambios durante las reacciones, ni cambian la naturaleza de la reacción ni su resultado. Los nombres de todas las enzimas posee el sufijo " asa". Por ejemplo, la enzima quinasa, la cual le añade fosfatos a los sustratos con los cuales reaccionan. Otro tipo de enzima es la deshidrogenasa, la cual se encarga de remover/eliminar los hidrógenos de los sustratos. La deshidrogenasa láctica cataliza la conversión del ácido láctico a ácido pirúvico y viceversa:

La actividad enzimática dependerá de la temperatura corporal y el pH (medición de acidez) de una solución.

Los sustratos representan las moléculas sobre las cuales actúan las enzimas. Los nutrientes (o nutrimentos) que proveen energía (liberan calor y energía cuando son degradados durante la fase catabólica del metabolismo) se conocen también como macromoléculas, compuestos relacionados con las reacciones metabólicas (hidratos de carbono o glúcidos, grasas o lípidos y proteínas o prótidos). Estas macromoléculas también pueden considerarse como sustratos. La finalidad de los procesos metabólicos es el crecimiento, mantenimiento y la reparación.

Origen de la Energía - El Ciclo Energético Biológico.

La energía que requieren las actividades biológicas del organismo humano proviene en última instancia del sol (energía luminosa, radiante o solar). La energía luminosa, a su vez, se origina de la energía nuclear. Esta energía que se deriva del sol la capturan las plantas verdes en forma de energía química a través de la fotosíntesis. Esto se debe a que las células de las plantas son transductores de energía luminosa, la cual es absorbida por sus pigmentos clorofílicos y transformada en energía química (reacción sintética de fotosíntesis). Por consiguiente, junto con la energía radiante, la clorofila de las plantas, el agua y bióxido de carbono, las células vegetales producen moléculas de alimentos (hidratos de carbono, grasas y proteínas) que poseen energía potencial química. Esta energía se almacena en un estado molecular fosforilado de alta energía, conocido como adenosina de trifosfato o adenosina trifosfatada ( ATP ). Dicho compuesto se encuentra en todas las células de origen animal y en las plantas. El ATP posee la función importante de reservorio de energía. Cada uno de los enlaces energetógenos de sus fosfatos es capaz de liberar gran cantidad de energía (aproximadamente 8,000 por molécula-gramo en condiciones normales). Al desdoblarse una molécula de trifosfato de adenosina, se libera suficiente energía para los procesos bioquímicos del cuerpo. A nivel vegetal, la energía derivada de la hidrólisis (degradamiento o desdoblamiento) del ATP se utilizará eventualmente para reducir el bióxido de carbono a glucosa, la cual se almacena en la forma de almidon (un hidrato de carbono complejo o polisacárido) y celulosa (o fibra).

Los animales (y seres humanos) dependen de las plantas y otros animales para poder producir su propia energía, la cual se forma mediante la degradación de los nutrimentos (hidratos de carbono, proteínas y grasas) en la célula con la presencia de oxígeno; dicho proceso se conoce como respiración celular (o metabolismo), y tiene el objetivo de proveer energía para el crecimiento, contracción del músculo, transporte de compuestos y líquidos y para otras funciones del organismo.

Según lo discutido previamente, a diferencia de las células vegetales, las células del cuerpo humano dependerán del consumo de los alimentos de origen vegetal o animal para poder sintetizar el ATP. En otras palabras, el ser humano necesita ingerir alimentos que posean nutrimentos energéticos (, hidratos de carbono, grasas y proteínas) para la producción de energía química (potencial) en la forma de ATP. Este proceso se lleva a cabo mediante reacciones oxidativas-enzimáticas de dichos combustibles metabólicos. Al desdoblarse una molécula de trisfosfato de adenosina, se libera energía util canalizada hacia la generación de las reacciones químicas a nivel celular. No obstante, el combustible energético preferido del organismo es el hidrato de carbono (particularmente la glucosa). Los hidratos de carbono son también muy importantes para los deportistas o personas activas físicamente.

Como resultado de estas reacciones, el ATP se halla disponible para las células del cuerpo, de manera que se pueda suministrar la energía que se necesita para el trabajo biológico del individuo. En el proceso, el ATP es hidrolizado a difosfato de adenosina (ADP). La refosforilación del ADP (síntesis del ATP a partir de una molécula de fosfato, ADP y energía) se puede efectuar a través de la energía liberada por la oxidación de las sustancias nutricias dispuestas en los alimentos que se ingieren. Durante dicha reacción, el ADP se convierte en un aceptor de fosfato y el ATP en un donador que, junto a una fuente de energía, se sintetiza la molécula de ATP.

Fuente: http://www.monografias.com/trabajos88/temperatura-del-cuerpo/temperatura-del-cuerpo.shtml