II. EL METABOLISMO, O LAS TRANSFORMACIONES DE LAS MOL�CULAS EN LAS C�LULAS
EL METABOLISMO no es otra cosa que la enorme serie de cambios
que sufren las mol�culas para convertirse unas en otras y en otras y en otras,
de manera complicada, al parecer interminable y que, desde luego, estamos muy
lejos de conocer en su totalidad. Son tantas las sustancias que componen a un
organismo que una gran proporci�n de ellas se desconoce, como sucede aun en
el caso de los organismos unicelulares. Pero a pesar de que el proceso total
es tan complicado, es posible definir algunos de sus componentes, y aun quienes
no tenemos un conocimiento profundo de la bioqu�mica y la fisiolog�a podemos
tener una idea aproximada de c�mo es y para qu� sirve.
EL METABOLISMO PROPORCIONA MATERIALES Y ENERG�A
Todas las transformaciones de las mol�culas tienen dos funciones principales: la primera, proporcionar a la c�lulas, tejidos, �rganos, etc., materiales que requieran para sus distintas funciones, siendo la m�s importante la renovaci�n constante de sus propias mol�culas; la segunda, obtener diferentes formas de energ�a para mantener las funciones vitales. As�, plantas y algas reciben como "alimento" materiales muy sencillos, como sales minerales, CO2 y H2O, pero su energ�a la obtienen del Sol, y con ella satisfacen sus necesidades para funcionar y fabricar sus materiales. Pero las plantas tambi�n proporcionan al hombre materiales y la energ�a que contienen sus enlaces, con lo cual lo ayudan a sobrevivir.
El metabolismo celular puede considerarse como una serie de caminos de ida y vuelta, formados por una gran cantidad de mol�culas que se transforman constantemente. Estos caminos reciben a las que llegan al organismo o a la c�lula del exterior, pero adem�s tienen sus propias mol�culas.
C�MO TOMAMOS LOS MATERIALES DEL EXTERIOR
Ya mencionamos que las plantas y la mayor�a de las algas toman materiales muy sencillos del exterior y que s�lo requieren de sistemas para transportarlos al interior de las c�lulas.
Los animales, el hombre incluido, recibimos pocas mol�culas sencillas y una
gran cantidad de macromol�culas, como almidones, prote�nas o grasas. Éstas
son sometidas al proceso de la digesti�n para hidrolizarlas o partirlas en sus
componentes (ver cap�tulo I), antes de ser absorbidas en el intestino y de entrar
propiamente al organismo. As�, lo que ingresa a la sangre para ser tomado por
las c�lulas son las mol�culas simples: los amino�cidos, los �cidos grasos, el
glicerol (glicerina) y la glucosa. A partir de estas mol�culas podemos analizar
las transformaciones de los diferentes tipos de sustancias que reciben las c�lulas.
Cuando toman sustancias del exterior, la mayor�a de los organismos unicelulares
cuentan con enzimas que degradan las mol�culas m�s grandes y toman luego los
productos de ese proceso. Algunos organismos unicelulares, o c�lulas animales
especializadas, como las amibas o los leucocitos, pueden tomar del exterior
mol�culas grandes, o inclusive part�culas y otros materiales, pero los digieren
antes de utilizarlos.
Figura II.1. Digesti�n y absorci�n.
ANABOLISMO Y CATABOLISMO (CONSTRUCCI�N Y DESTRUCCI�N DE MOL�CULAS)
Una vez que las c�lulas y los organismos reciben esas mol�culas sencillas, uno de los caminos que �stas pueden seguir es la s�ntesis de las llamadas macromol�culas (de macros, grande), como el almid�n en las plantas o el gluc�geno en los animales, que se forman de la uni�n de miles de mol�culas de glucosa y en donde se almacenan az�cares. Por este proceso de s�ntesis se forman tambi�n las grasas y otros tipos de l�pidos, como los fosfol�pidos, que constituyen las membranas celulares, o las grasas neutras (mantecas o aceites), que en los animales se acumulan en el tejido adiposo, y en las plantas en algunas semillas.
En algunos animales, incluyendo al hombre, las grasas pueden ser un enorme almac�n de reserva alimenticia. Tambi�n por una s�ntesis se forman las mol�culas de las diferentes prote�nas, pero ni �stas ni los amino�cidos se pueden almacenar. Sin embargo, hay una perenne renovaci�n en las c�lulas, en donde constantemente se necesitan amino�cidos para producir mol�culas nuevas y degradar las existentes.
La figura II.2, adem�s de mostrar un esquema de la posibilidad de que las mol�culas
unitarias sean utilizadas para producir otras m�s grandes, se�ala tambi�n que
todas ellas se pueden degradar hasta producir CO2, H2O
y, en el caso de los amino�cidos, amoniaco (NH3). Distinguimos as�
con claridad dos procesos. En uno de ellos, el anabolismo, a partir de mol�culas
peque�as se obtienen otras m�s grandes; en el otro, el catabolismo a
partir de mol�culas grandes se obtienen otras m�s peque�as.
Figura II.2. Esquema del metabolismo y sus componentes, el anabolismo y
el catabolismo. Hay unidades para las grasas, los az�cares y las prote�nas,
que pueden formar macromol�culas, o degradarse hasta CO2, H2O
y NH3, principalmente. Adem�s, durante el catabolismo una parte de
la energ�a de los enlaces de las mol�culas se transforma en calor, y otra en
diversas manifestaciones, como los enlaces del ATP (ver el cap�tulo III), o
los aceptores de hidr�genos.
Otra caracter�stica importante del proceso metab�lico es que en el catabolismo de las mol�culas peque�as, como la glucosa, los �cidos grasos o los amino�cidos, se logra transformar la energ�a de sus enlaces qu�micos en la energ�a de los enlaces del ATP y otras sustancias, que proporcionan en forma directa la energ�a que requieren las c�lulas para todas sus funciones. Adem�s, los procesos de s�ntesis, tanto de mol�culas sencillas como de macromol�culas, requieren energ�a, la cual proviene del ATP y del llamado poder reductor que tienen las mol�culas llamadas NADH y NADPH, entre otras. Es interesante se�alar que la degradaci�n que sufren las macromol�culas para producir las unidades que las componen hace que se transforme en calor toda la energ�a de sus enlaces.
Pero tambi�n en la degradaci�n de las mol�culas para producir otras m�s sencillas, o para sintetizar ATP, hay una liberaci�n de calor.
LAS V�AS METAB�LICAS Y LAS ENZIMAS
Otra caracter�stica del metabolismo es que cada una de sus transformaciones est� movida casi invariablemente por una enzima diferente. Las enzimas son prote�nas, las mol�culas m�s complicadas de la c�lula, que se encargan de catalizar (es decir, de acelerar) las reacciones individuales del metabolismo. Aunque las reacciones qu�micas de muchos pasos metab�licos pueden ocurrir en forma espont�nea, pr�cticamente todas ellas transcurrir�an con una enorme lentitud si no existieran las enzimas. �stas aceleran mucho (habitualmente mucho m�s de un mill�n de veces) las reacciones individuales del metabolismo. Casi cada reacci�n requiere de una enzima diferente para moverse con suficiente velocidad. Pero as� como las enzimas son capaces de acelerar las reacciones qu�micas de los seres vivos, muchas pueden ser reguladas por muy diversas sustancias. Muchas ocasiones son las responsables de que, en un paso del metabolismo, toda una v�a se mueva con mayor o menor velocidad.
La figura II.3 es un esquema del funcionamiento de una enzima, que es una prote�na
grande, la cual promueve la transformaci�n de una o m�s mol�culas, que reciben
el nombre de sustrato, en otra u otras, llamadas productos. En
ocasiones tambi�n participan mol�culas con funciones definidas, llamadas coenzimas.
Figura II.3. Los componentes de un sistema enzim�tico: la enzima,
el o los sustratos
y el o los productos.
LAS COENZIMAS, LAS VITAMINAS Y EL METABOLISMO
En algunas reacciones del metabolismo, adem�s de las enzimas toman parte, en peque�a cantidad, otras mol�culas llamadas coenzimas, en cuya composici�n, en muchos casos intervienen las vitaminas. A continuaci�n se�alaremos algunas de ellas:
Nicotinamida. La componen dos coenzimas, el nicot�n aden�n dinucle�tido (NAD) y el nicot�n aden�n dinucle�tido fosfato (NADP); su estructura y funciones se describen en el cap�tulo III. Es la que porta los hidr�genos y sus electrones en muchas reacciones de oxidaci�n, y se utiliza para la s�ntesis de algunas mol�culas o en las transformaciones de energ�a en ATP. La deficiencia de esta vitamina produce la enfermedad llamada pelagra.
Riboflavina. Esta vitamina es componente de dos coenzimas relacionadas tambi�n con el transporte de los electrones en la cadena respiratoria: el flav�n aden�n mononucle�tido y el flav�n aden�n dinucle�tido. Tambi�n participa en la cadena que transporta hidr�genos y electrones.
�cido pantot�nico. Es parte de la llamada coenzima A, que se muestra m�s adelante. Participa en el metabolismo de los �cidos grasos, pero muy especialmente en el de los fragmentos de dos �tomos de carbono, que constituye la acetil coenzima A.
Tiamina. Esta vitamina participa en reacciones en las que algunos �cidos pierden su carboxilo (grupo-COOH). Las enzimas encargadas del proceso se llaman descarboxilasas.
Piridoxina. Participa en las reacciones de transferencia de grupos am�nicos de los amino�cidos, como coenzima de diversas transaminasas, y en otras reacciones.
�stos son s�lo algunos ejemplos de la acci�n de las vitaminas en el metabolismo, como parte de las enzimas, en las llamadas coenzimas. Estas sustancias son en realidad una especie de segundo sustrato, o componente del sistema enzim�tico, que participa en la reacci�n. En las reacciones de deshidrogenaci�n, por ejemplo, las coenzimas reciben electrones de un sustrato y los transfieren a otro, con la participaci�n de otra enzima. En muchos de estos casos, las coenzimas son otro sustrato que tambi�n se modifica durante la reacci�n, pero tienen la caracter�stica de ser utilizadas en muchas reacciones diferentes. Al NAD, por ejemplo, lo encontraremos en la gluc�lisis, en el ciclo de Krebs y en reacciones de deshidrogenaci�n de distintos tipos.
LAS PRINCIPALES TRANSFORMACIONES DE LOS AZ�CARES
Como ya se describi� antes, los organismos tienen diferentes tipos de carbohidratos: monosac�ridos, disac�ridos, mol�culas que se llaman oligosac�ridos y polisac�ridos, cuyo grado de agregaci�n o polimerizaci�n depende de los diferentes monosac�ridos. Sin duda, el eje del metabolismo celular es la glucosa; este monosac�rido est� distribuido en todos los organismos, ya sea en forma libre, como parte de otras mol�culas, como los disac�ridos sacarosa y lactosa, o en polisac�ridos de reserva, como el almid�n, el gluc�geno o la celulosa, o en productos derivados, algunos de los cuales se mencionaron en el cap�tulo I.
Los almacenes de az�car. Cuando la glucosa entra a una c�lula puede
tomar el camino hacia la s�ntesis de pol�meros. La figura II.4 muestra c�mo
en las c�lulas animales este az�car, a trav�s de varios pasos, se puede incorporar
a una mol�cula ya existente de gluc�geno. En las c�lulas vegetales, uno de los
destinos de la mol�cula de glucosa es convertirse, por un mecanismo semejante,
en almid�n. Tanto el gluc�geno como el almid�n y otros pol�meros de los az�cares
forman sistemas de reserva en los organismos. Por lo tanto, tambi�n hay v�as
para la degradaci�n de estas sustancias. La misma figura II.4 muestra tambi�n
que la conversi�n de la glucosa en gluc�geno es un camino reversible. De hecho,
cuando comemos se sintetiza el gluc�geno para guardar los az�cares que hemos
ingerido. Luego, este pol�mero se va degradando lentamente entre una comida
y otra y mantiene el nivel de glucosa de nuestra sangre, pues muchos tejidos
requieren az�car en forma constante. En los animales el gluc�geno sirve para
almacenar az�car, la cual se gasta entre una comida y otra; en las plantas el
almid�n se almacena en las estructuras que aseguran su reproducci�n, como las
semillas de los cereales, o en los tub�rculos, como las papas.
Figura II.4. El almacenamiento de la glucosa. En los animales se polimeriza
para fabricar gluc�geno, que es la principal manera de almacenamiento; en los
vegetales crea almid�n. Ambas formas pueden luego degradarse para dar de nuevo
glucosa, la cual aprovechan los seres vivos.
El otro camino que puede seguir la glucosa es su degradaci�n. Para ilustrar
este caso pensemos en una c�lula animal, la muscular, por ejemplo. La figura
II.5 muestra las transformaciones que este az�car sufre al convertirse en piruvato
(la sal del �cido pir�vico), o el lactato (la sal del �cido l�ctico). Las f�rmulas
qu�micas est�n s�lo como referencia.
Figura II.5. Esquema general de la gluc�lisis.
El esquema completo se presenta para mostrar la complejidad del sistema, aunque no est� representado con todo detalle. A continuaci�n destaco algunos puntos importantes que se dan cuando una c�lula degrada una mol�cula de glucosa:
A) Al degradar la glucosa para convertirla en lactato o piruvato s�lo implica partir a la mol�cula, de seis �tomos de carbono, en dos de tres. No obstante lo complicado que pueda parecer la v�a metab�lica, la transformaci�n final es relativamente simple.
| C6H12O6 | ® | 2CH2 | — | CH | — | COOH |
| ½ | ||||||
| OH |
B) En este proceso, aunque al principio se invierten dos mol�culas de ATP, despu�s entran dos de fosfato (P) y cuatro m�s de ADP, para dar cuatro de ATP. El resultado neto es que al partir una mol�cula de glucosa en dos de lactato, se generan en forma neta dos mol�culas de ATP a partir de dos de fosfato y dos de ADP.
C) Aunque la cantidad de ATP que resulta de cada mol�cula de glucosa es muy peque�a, esta v�a puede ser extremadamente veloz. Durante el ejercicio muscular intenso, de un atleta por ejemplo, proporciona casi toda la energ�a que se requiere, compensando el rendimiento con la velocidad.
D) Otra cuesti�n interesante es que la degradaci�n de la glucosa en esta v�a se puede continuar por la transformaci�n del piruvato en acetil coenzima A, hacia el llamado ciclo de los �cidos tricarbox�licos, o ciclo de Krebs; en �l se degrada totalmente hasta dar CO2 y agua. En este ciclo, por otra parte, al conectarse con la fosforilaci�n oxidativa, que se mencionar� al hablar de las mitocondrias, se produce la mayor parte del ATP sintetizado. Por esta �ltima raz�n la gluc�lisis es considerada tambi�n la v�a de entrada de la glucosa y los az�cares en general a una de las v�as catab�licas principales.
E) Finalmente, esta v�a es en gran parte reversible; es decir, a partir del piruvato se obtiene glucosa, e incluso el mismo gluc�geno y otros polisac�ridos. Esto es importante, porque as� es como se transforman en az�cares los amino�cidos, que provienen de las prote�nas.
Como ya se vio en el cap�tulo I, las grasas neutras est�n compuestas de glicerol y �cidos grasos. Para degradarse, primero se separan los �cidos grasos de las mol�culas. La parte m�s importante de la degradaci�n de los lípidos consiste en la transformaci�n, paso a paso, de las cadenas largas, de 16 a 18 �tomos de carbono las m�s comunes, en fragmentos de dos �tomos de carbono, como acetil CoA.
La coenzima A (figura II.6) es una mol�cula complicada que sirve como una especie de mango o asa que las enzimas requieren para el manejo de fragmentos de dos �tomos de carbono o mayores, para formar la acetil (de acetilo) coenzima A, o el caso que sea. Sin embargo, la �nica parte que sufre cambios es la porci�n del �cido graso o el acetilo unido a la coenzima A. En la figura II.7 se presenta el proceso de degradaci�n de un �cido graso con f�rmulas qu�micas como referencia a su complejidad.
Aqu� vemos c�mo una mol�cula de un �cido graso, unida a la coenzima A, en varios pasos termina por perder, como acetil CoA, un fragmento de dos �tomos de carbono. El proceso tiene las siguientes caracter�sticas:
A. Es un ciclo que se repite; partiendo de un �cido graso de, por ejemplo, 18 �tomos de carbono, en la primera vuelta termina en uno de 16, pero en otra da uno de 14 y as� sucesivamente, hasta que todo el �cido graso se convierte en fragmentos de acetil CoA, de dos �tomos de carbono.
B. El proceso completo se lleva a cabo en la mitocondria.
C. En cada vuelta de este ciclo la c�lula recoge en dos mol�culas especiales, el FAD y el NAD, que se convierten en FADH2 y NADH, dos pares de hidr�genos, que representan una forma de energ�a que se utiliza en la cadena respiratoria para sintetizar ATP.
D. Como el proceso degrada todo el �cido graso hasta fragmentos de acetil CoA,
con �sta se alimenta el ciclo de los �cidos tricarbox�licos, igual que con los
derivados del piruvato y de la glucosa, y se oxidan hasta CO2 y agua;
de aqu� se obtiene energ�a en cantidades muy grandes.
Figura II.6. La coenzima A y la acetil CoA.
E. Como en el caso de la v�a anterior, la degradaci�n de las grasas es en cierta
forma reversible. Aunque no intervienen las mismas enzimas ni cofactores, el
proceso de s�ntesis de un �cido graso es parecido, pero inverso a la degradaci�n,
y en cada vuelta de un ciclo se a�ade a la mol�cula original un fragmento de
dos �tomos de carbono. Esta nueva v�a de s�ntesis es tambi�n �til para sintetizar
grasas a partir de az�cares o prote�nas (figura II.5).
Figura II.7. La beta oxidaci�n.
LAS TRANSFORMACIONES DE LAS PROTE�NAS
Dado que en el cap�tulo IV ya se describieron los mecanismos de s�ntesis de las prote�nas, en esta secci�n s�lo mencionaremos los mecanismos de conversi�n de unos amino�cidos y su degradaci�n. Las prote�nas se degradan para dar amino�cidos, y viceversa, pero las transformaciones m�s interesantes son las de los amino�cidos.
En las c�lulas hay ceto�cidos y amino�cidos, y mientras los primeros tienen
un grupo ceto (-C=O) en el carbono n�mero 2, los segundos tienen un amino (-NH2).
Como se muestra en la figura II.8, un ceto�cido (piruvato) se puede convertir
en un amino�cido (alanina), tomando el grupo am�nico de un amino�cido (glut�mico),
que en el proceso se convierte a su vez en ceto�cido (cetoglut�rico). Este proceso,
que recibe el nombre de transaminaci�n, ocurre en muchos otros pares de ceto�cidos
y amino�cidos y permite el intercambio de unos amino�cidos en otros.
Figura II.8. La transaminaci�n. Un ceto�cido recibe el grupo am�nico de un
amino�cido, y �ste a su vez se convierte en ceto�cido.
Por otra parte, los amino�cidos pueden perder su grupo am�nico por otros procesos,
reacci�n en la cual liberan amoniaco (NH3) y dan lugar a un ceto�cido.
Este proceso permite obtener ceto�cidos diferentes, como el piruvato, el oxalocetato
o el cetoglutarato. El primero es el resultado final de la gluc�lisis y los
otros dos son pasos intermedios del ciclo de Krebs. De aqu� resulta que, cuando
los amino�cidos pierden su grupo am�nico, el residuo se puede incorporar a diferentes
caminos metab�licos para su degradaci�n (figura II.9).
Figura II.9. La desaminaci�n. Los amino�cidos pueden tambi�n perder su grupo
am�nico y convertirse en ceto�cidos.
Otro punto importante en el metabolismo de las prote�nas es el destino del amonio que pierden al desaminarse. Dependiendo de los organismos, �ste se puede eliminar como tal o como diferentes compuestos. En los humanos, una gran parte del amoniaco, que les resulta t�xico, se elimina despu�s de unirlo con CO2, dando lugar a una mol�cula inerte, la urea:
| NH2 | ||||
| ½ | ||||
| C02 | + | 2NH3 | ® | C=O |
| ½ | ||||
| NH2 |
Finalmente, tambi�n hay enzimas capaces de sintetizar amino�cidos a partir
de ceto�cidos y amoniaco, como la deshidrogenasa glut�mica, que puede aminar
al cetoglutarato, o sea, ponerle un grupo am�nico en lugar de cet�nico, como
se muestra en la figura II.10.
Figura II.10. Conversi�n del cetoglutarato en glutamato por la deshidrogenasa
glut�mica.
EL CICLO DE LOS �CIDOS TRICARBOX�LICOS
Ya hemos mencionado que de los principales componentes que obtenemos de los alimentos —az�cares y grasas principalmente, pero tambi�n de las prote�nas— se pueden obtener mol�culas como el piruvato, y a partir de �ste la acetil CoA . �sta, a su vez, puede provenir directamente de las grasas.
En la figura II.11 se muestra otro camino metab�lico c�clico, el ciclo de los �cidos tricarbox�licos; pueden alimentarse con acetil CoA y tiene algunas carater�sticas importantes, que se�alamos a continuaci�n:
a) Se encuentra localizado en la mitocondria.
b) Termina en el mismo producto en que se puede considerar que se inicia, el �cido oxalac�tico u oxalacetato, que puede unirse otra vez con una mol�cula de acetato de la acetil CoA.
c) En el proceso, los dos �tomos de carbono del acetato salen como CO2.
d) Entre los productos del ciclo se forman cuatro pares de hidr�genos, que pueden ser tomados por la cadena respiratoria para llevarlos al ox�geno y sintetizar ATP.
e) Muchos de los intermediarios del ciclo se forman de otras sustancias,
como por ejemplo, el cetoglutarato del glutamato, o el oxaloacetato del aspartato.
De esta forma se constituye en el mecanismo de conexi�n de diferentes v�as metab�licas.
Tal vez la principal funci�n sea la de servir de fuente muy eficiente de pares
de hidr�genos, para que, al entregar �stos a la cadena respiratoria se sintetice
ATP. De cada par de hidr�genos, la mitocondria puede obtener entre dos y tres
mol�culas de ATP, de manera que es parte fundamental en los mecanismos de conservaci�n
de la energ�a, que se ver�n m�s adelante al hablar de las mitocondrias y los
cloroplastos.
Figura II.11. El ciclo de los �cidos tricarbox�licos. Esta especie de molino
metab�lico produce hidr�genos, una importante fuente de energ�a para la s�ntesis
del ATP, que van a la cadena de transporte de electrones de las c�lulas, y CO2,
a partir de muchas mol�culas que provienen de diferentes partes del metabolismo.
UNAS V�AS EST�N CONECTADAS CON OTRAS
De manera muy sencilla hemos descrito las transformaciones que sufren algunas mol�culas, como la glucosa, los �cidos grasos y algunos amino�cidos. Tal pareciera que todas estas sustancias tienen caminos metab�licos definidos que las llevan a tal o cual producto, pasando por tal o cual sustancia intermedia. Pero no es as�. Cada mol�cula o grupo de ellas puede participar en una v�a y no necesariamente seguir el camino que hasta ahora hemos se�alado. Incluso, en un mismo individuo o especie, al cambiar las condiciones de su vida o alimentaci�n pueden producirse cambios tambi�n en el manejo de sus v�as metab�licas. As� es como surgen las conexiones entre las v�as metab�licas, y a manera de ejemplo se�alaremos algunas de ellas.
Un caso ser�a la conexi�n entre el metabolismo de las grasas y el de los az�cares. El alimento de una persona se compone en buena parte de carbohidratos (pan, pastas, cereales, leguminosas, etc). En alguien que come lo justo, los az�cares, que le proporcionan la mayor parte de la energ�a para realizar sus funciones, entran en su mayor parte a las v�as que ya se�alamos, la gluc�lisis y el ciclo de los �cidos tricarbox�licos, y se degradan totalmente hasta CO2 y H2O, para producir ATP. Tambi�n los alimentos se consumen o se gastan en funci�n del gasto de ATP. De no ser el caso, disminuye la velocidad con que se utilizan, y se acumulan algunos de los productos, y entonces, aunque hay sistemas reguladores muy especiales, uno de los caminos que quedan a las mol�culas sobrantes o acumuladas es la s�ntesis de �cidos grasos y grasas. Al menos en algunos animales, como los cerdos, e incluso en algunos humanos, la capacidad de acumulaci�n de grasa es enorme, y se realiza por la transformaci�n de az�cares en ellos. Otro ejemplo es la acumulaci�n de las grasas (aceites) en algunas semillas; estos aceites se forman en las plantas de los az�cares sintetizados originalmente en la fotos�ntesis.
Otro caso que podemos imaginar es el de un individuo que no consume carbohidratos, como pudiera darse en ciertas dietas; pero, existe un grupo �tnico que pr�cticamente vive de una dieta de prote�nas y carbohidratos: los esquimales. En estos individuos, las grasas se oxidan para obtener energ�a, pero muchos tejidos requieren de glucosa para funcionar. Su organismo resuelve el problema intensificando algunos caminos metab�licos que permiten la transformaci�n de los amino�cidos en glucosa y otros az�cares.
Dado que muchas de las v�as, como la gluc�lisis, tienen como componente al ADP, algunas de sus reacciones no pueden proceder sin �ste, o al menos lo hacen m�s lentamente si se encuentra en cantidades limitadas. Este ese el caso, por ejemplo, de un individuo que no hace ejercicio f�sico; con poco ADP, la gluc�lisis avanza con lentitud y adem�s, los mecanismos de regulaci�n permiten que la glucosa se convierta en piruvato y acetil CoA, que va finalmente a la s�ntesis de grasas, �nico grupo de sustancias que se pueden acumular.
Pero hay tambi�n caminos metab�licos que en algunos de sus pasos tienen mecanismos muy variados de regulaci�n. En muchas ocasiones, las enzimas, encargadas de alguno de los pasos del metabolismo, son susceptibles de modificar su funci�n, debido a mol�culas que en ocasiones est�n cerca en los esquemas metab�licos; pero otras veces sucede que pueden ser inhibidas o estimuladas por mol�culas lejanas o ajenas a la propia v�a regulada.
Hay tambi�n otros factores que modifican la velocidad de funcionamiento de una v�a metab�lica; los organismos cuentan tambi�n con mol�culas dise�adas espec�ficamente para regular muy diversas funciones celulares por diferentes mecanismos. Estas sustancias, producidas por tejidos u �rganos espec�ficos, llamados gl�ndulas, son capaces de modificar la funci�n de otras c�lulas a distancia que se llaman hormonas.
Las hormonas pueden modificar el funcionamiento de otras c�lulas, pero, m�s espec�ficamente, su metabolismo. Hay algunas, como la insulina, producida por el p�ncreas de los animales superiores, que tiene la propiedad de estimular el paso de la glucosa a trav�s de las membranas de muchas de las c�lulas. De esta manera, la hormona puede regular la gluc�lisis y dem�s v�as que le siguen, por lo asequible de la primera sustancia que alimenta la v�a. Otras hormonas tienen efectos m�s complicados; pueden actuar directamente, como ciertos esteroides, uni�ndose a las mol�culas que forman los cromosomas y permitiendo la expresi�n de ciertas regiones del DNA y con ello la s�ntesis de determinadas prote�nas. Otras cuentan con receptores espec�ficos en las membranas de las c�lulas y mecanismos de transmisi�n de se�ales resultantes de su presencia y complicadas acciones subsecuentes en el interior de la c�lula. La adrenalina, por ejemplo, sin penetrar a la c�lula, a trav�s de su receptor puede producir en el h�gado, por una mol�cula que act�a como su mensajero (llamado segundo mensajero) la estimulaci�n de la degradaci�n del gluc�geno almacenado y la liberaci�n de glucosa a la circulaci�n.
Estos casos que mencionamos son ejemplos de los mecanismos de regulaci�n del metabolismo por las hormonas.
Hemos descrito de modo superficial una forma de degradaci�n de la glucosa que parte a la mol�cula en dos fragmentos iguales, dos mol�culas de piruvato o de lactato. Hemos mencionado que esto sucede en el ejercicio muscular intenso, y que permite obtener con rapidez grandes cantidades de ATP. Pero hay diversas variantes de esta v�a; tal vez la m�s importante, por su repercusi�n en la vida diaria, sea la fermentaci�n. Esta es simplemente una variaci�n de la gluc�lisis, que dio lugar al estudio del metabolismo hacia finales del siglo pasado, cuando los B�chner se�alaron que las c�lulas rotas de levadura eran capaces de transformar la glucosa en alcohol et�lico.
La diferencia entre la gluc�lisis y la fermentaci�n estriba en que, en esta
�ltima, pr�cticamente no existe el paso que convierte al piruvato en lactato,
y en su lugar hay otra enzima que convierte al piruvato en acetaldehido, y otra
a �ste en alcohol, como se muestra en la figura II.12.
Figura II.2. La fermentaci�n como una variante de la gluc�lisis.
La importancia de la fermentaci�n estriba en que, en primer lugar, es la v�a metab�lica responsable de la producci�n de los cientos de bebidas alcoh�licas que existen en el mundo. Independientemente de la importancia econ�mica de las bebidas alcoh�licas, el alcohol en s� es un solvente industrial de gran importancia, y se le ha utilizado como combustible sustituto de la gasolina.
Otra caracter�stica importante es la obtenci�n de CO2 por la transformaci�n del piruvato en acetaldehido. Al mezclar levadura con masa de harina se producen en �sta burbujas muy peque�as que durante la cocci�n se dilatan y permiten fabricar el pan. Tambi�n es posible modificar la fermentaci�n, interrumpi�ndola a medio camino, y lograr la producci�n de glicerol a partir de la glucosa; este m�todo se utiliz� en la primera Guerra Mundial como fuente de glicerol para la producci�n de la nitroglicerina. Es as� que, desde tiempos b�blicos, con el pan y el vino, se ha venido utilizando una variante de una v�a metab�lica para el beneficio del hombre.
Estos ejemplos de variaciones de una v�a metab�lica para la producci�n de materiales �tiles para los humanos no son sino una muestra de la enorme diversidad de procedimientos que aprovechan las diferencias naturales o provocadas de las v�as metab�licas y que constituyen la base de una gran parte de la moderna biotecnolog�a.
