“La energía se define, en la forma más simple, como la capacidad de producir trabajo. Hay diferentes clases de energía: potencial, cinética, térmica, eléctrica, entre otros tipos. En los seres vivos, la fuente fundamental de energía es química y fluye a través de tres procesos: la fotosíntesis, la respiración y la realización de trabajo biológico.”

 

Horacio Cano Camacho

En días pasados, mirando las redes sociales me encontré con que muchas personas se fueron a “cargar de energía” en las pasadas vacaciones. Unas fueron a la playa, otras subieron alguna pirámide y yo me imaginé que son de gasolina, de diésel, tal vez de hidrógeno o hasta solares, porque muchas parecían disponerse a recibir energía fotovoltaica…

El asunto es que asumimos que necesitamos energía de la misma manera que un motor de combustión: ¡Después de subir a la pirámide sientes como se va elevando tu nivel de energía! ¡Toma bebidas energéticas! ¡Cárgate de energía! ¡Quema grasas! Tal vez estas personas tienen un flotador en algún lado y un indicador a la vista.

Sin embargo, esto es un error completo. Nosotros no somos máquinas de combustión ni ocupamos “combustibles” en el sentido clásico. Sin embargo, este concepto sobrevive desde la revolución industrial, donde las máquinas (de vapor) era la representación del progreso y la complejidad y de aquí pasó a los seres vivos: equipararnos con máquinas. De hecho, la naturaleza de la energía para la vida es muy diferente y completamente desconcertante para la mayoría, tal vez por lo cual apelamos a estas figuras más fáciles de comprender.

La energía se define, en la forma más simple, como la capacidad de producir trabajo. Hay diferentes clases de energía: potencial, cinética, térmica, eléctrica, entre otros tipos. En los seres vivos, la fuente fundamental de energía es química y fluye a través de tres procesos: la fotosíntesis, la respiración y la realización de trabajo biológico.

En la naturaleza existen lo que denominamos redes tróficas, mediante las cuales la energía fluye desde los productores (autótrofos) hasta los consumidores (heterótrofos que están en varias capas) y los desintegradores. La fuente de toda energía biológica es la luz solar visible, que además surge de la energía nuclear del Sol, y los únicos que la pueden “asimilar” son los organismos fotosintéticos que la transforman en energía química.

Los organismos fotosintéticos, como las plantas y cianobacterias, usan la luz del sol básicamente para romper el agua y liberar el hidrógeno (H+) con lo cual generan diferencias de concentración a un lado y otro de sus membranas o de las membranas internas de los cloroplastos. Esta diferencia de concentración es una forma de energía y se llama quimio-osmótica, la cual será aprovechada para dos cosas, sintetizar ATP (trifosfato de adenosina) a partir de ADP (difosfato de adenosina) más fosfato (P) y NADPH + H+ o nicotin adenin diniclótido fosfato. Esta es la fuente de la energía química de todos los seres vivos. En otra fase, ese ATP y el NADPH serán usados para “proporcionar la energía” y las condiciones químicas para fijar carbono (en forma de CO2) de la atmosfera y generar gliceraldehido 3 fosfato (G3P) que se usará para producir azúcares, como la glucosa, entre otras cosas.

Cuando un consumidor (como nosotros), se come una planta o nos comemos al que se comió a la planta, realmente lo que estamos consumiendo es carbono en forma de azúcares y grasas principalmente (también proteínas, pero esas se usan para otros aspectos metabólicos más que producir energía). Y esto básicamente lo vamos a usar para arrancarle electrones (en forma de H+), en un proceso llamado degradación oxidativa. Y esos H+ los usaremos de la misma manera que las plantas, para generar un gradiente electroquímico que será aprovechado para sintetizar ATP, fundamentalmente en las mitocondrias. La mayor cantidad del carbono se regresará a la atmósfera en forma de CO2 y a todo este proceso le llamamos respiración. Otra proporción del carbono que nos comimos, la vamos a usar para producir ladrillos para construirnos (azúcares, grasas, aminoácidos, nucleótidos) en toda una serie de reacciones químicas, llamada metabolismo.

Y llegamos al punto. El ATP es un compuesto de la familia de los nucleótidos, los mismos que forman los genes. Y esta es la principal molécula de energía de las células de todos los seres vivos. Pero no es un “combustible” como la gasolina, no explota, no se rompe y libera energía, ni genera calor ni nada de esto.

El ATP tiene una propiedad muy especial: su capacidad de disociarse en ADP + P. No cede el fosfato tan fácil, pero tampoco es duro para hacerlo. Tienen un valor intermedio y al ceder el P, se lo pasa a otras moléculas. El ADP por su lado, puede recibir fosfato de otras moléculas y convertirse en ATP. Y esto es lo que desconcierta a los “no iniciados” en bioenergética, es decir, cómo es la energía en los seres vivos, que ya explicamos que es energía química.

Al ceder su fosfato a otras moléculas, el ATP lo que hace es “desequilibrarlas” y provocar que una reacción química fluya en el sentido correcto. Pensemos en un azúcar como la glucosa, que por lo demás es la principal fuente de energía de los seres vivos. La glucosa se puede oxidar espontáneamente y convertirse en otro compuesto. Pero esto es muy lento. Pueden pasar décadas o hasta cientos de años para que lo haga, de manera que el ATP le “cede” un fosfato y la convierte en glucosa-fosfato y esto permite que las células la incorporen al metabolismo y la puedan romper en gliceraldehido 3 fosfato y hasta un compuesto llamado piruvato. A este compuesto, ya en la mitocondria se le arrancarán los carbonos (que se irán en forma de CO2) y los electrones, que van a fluir en una cadena de transportadores, generando un gradiente (una diferencia) de concentración de H+.

Al tratar de nivelar la concentración de H+ en los dos lados de la membrana, de acuerdo con un principio físico que determina que los H+ pasan de donde hay más concentración a donde es menor, la “energía del transporte de H+” se usará para unir ADP con P y se producirá ATP que se usará en todas las reacciones químicas y el trabajo de la célula. El H+ realmente regresa al otro lado de la membrana a través de una proteína llamada ATP Sintasa, que acercará el ADP al P, usando el paso de protones como energía para su movimiento.

Esa es la naturaleza de la energía en los seres vivos. Y la única manera de “cargarnos de energía” es comer… si comemos mucho y gastamos poco ATP, el exceso de carbono se reserva en forma de grasa para tiempos de hambruna. Pero si gastamos mucho ATP en trabajo biológico (movimiento, síntesis), se almacenará poco y no engordaremos…

Así que bañistas de la playa, ustedes no se recargaron de energía, se sintieron bien y eso lo confundieron con “cargarse” de energía, además se expusieron al Covid-19 y a quemaduras solares y cáncer…

Originario de un pueblo del Bajío michoacano, toda mi formación profesional, desde la primaria hasta el doctorado la he realizado gracias a la educación pública. No hice kínder, por que en mi pueblo no existía. Ahora soy Profesor-Investigador de la Universidad Michoacana desde hace mucho, en el área de biotecnología y biología molecular… Además de esa labor, por la que me pagan, me interesa mucho la divulgación de la ciencia o como algunos le dicen, la comunicación pública de la ciencia. Soy el jefe del Departamento de Comunicación de la Ciencia en la misma universidad y editor de la revista Saber Más y dedico buena parte de mi tiempo a ese esfuerzo.