¿Qué es el metabolismo energético y cómo funciona?

En una frase

Es la maquinaria que convierte la energía de los alimentos, o del sol, en ATP: la molécula con la que la célula paga sus tareas. Y que vigila que nunca falte. Ese flujo de energía a través de los seres vivos tiene nombre propio, la bioenergética, rama de la bioquímica y la biología celular.

Cómo funciona

La moneda. El ATP, trifosfato de adenosina, es la principal moneda energética de los organismos. La célula lo gasta y lo convierte en ADP, difosfato de adenosina, su forma «descargada». La proporción entre ambos tiene nombre: carga energética. Ese número dice si hace falta producir más energía, o no.

Reacciones que dan y reacciones que piden. Hay reacciones que liberan energía y ocurren solas. Son las exergónicas. Otras la consumen: las endergónicas, propias del anabolismo, la parte del metabolismo que construye moléculas grandes a partir de piezas pequeñas.

La química mide esa diferencia con la variación de energía libre de Gibbs, ΔG, que se calcula como ΔG = ΔH − TΔS. ΔH es el calor que se intercambia, T la temperatura, y ΔS el cambio de entropía: una medida del desorden. La regla es sencilla. Si ΔG es negativo, la reacción es favorable en ese sentido. Si vale cero, reactivos y productos están en equilibrio. Si es positivo, no ocurre por sí sola.

El enganche. La célula encadena reacciones: el producto de una es el material de partida de la siguiente. Es el acoplamiento de reacciones. Gracias a él, la energía que libera la degradación de la glucosa durante la respiración celular se aprovecha para fabricar ATP.

Tres etapas para la glucosa. La primera es la glucólisis. La glucosa se rompe en piruvato y deja dos moléculas de ATP por cada molécula de glucosa. La segunda es el ciclo del ácido cítrico: los productos de esa ruptura se oxidan uno tras otro, y su energía queda guardada en dos coenzimas reducidas, NADH y FADH₂. Las coenzimas son moléculas auxiliares que transportan energía de una reacción a otra.

La tercera etapa es la fosforilación oxidativa, y ocurre en la mitocondria: el orgánulo que actúa como central energética de la célula. Allí se acumulan protones, partículas con carga positiva, a un lado de una membrana interna. Esa diferencia de concentración los empuja a través de una proteína, la ATP sintasa. Ese paso impulsa la fabricación de ATP.

La explicación de este mecanismo es la teoría quimiosmótica de Peter Mitchell, que le valió el Nobel de Química de 1978. Este acoplamiento quimiosmótico es el principal proceso productor de energía en la mayoría de las células: funciona en las mitocondrias, en los cloroplastos de las plantas y en varios organismos unicelulares. Paul Boyer y John E. Walker, Nobel de Química de 1997, propusieron que la síntesis de ATP está ligada a un cambio de forma de la propia ATP sintasa.

El termostato. La carga energética regula todo el sistema. Si la célula tiene más ATP que ADP, no realiza glucólisis. Si hay más ADP que ATP, tiene que fabricar ATP por fosforilación oxidativa. A escala del organismo existe un control equivalente: la homeostasis energética, que regula el balance entre la energía obtenida con la comida y la energía gastada.