A. Definiciones

      1. Bioenergética:

         Estudio de las transformaciones energéticas en los sistemas vivos.

      2. Termodinámica:

         El campo de las ciencias físicas que estudia los intercambios de energía entre
         conjuntos de materia.

      3. Bioquímica:

         Los principios y patrones moleculares que contribuyen al movimiento y fenómeno
         metabólico.

      4. Metabolismo:

         Suma total de los procesos químicos envueltos en la liberación y utilización de energía
         dentro de la célula viviente.

      5. Catabolismo:

         a. Reacciones químicas degradativas o catabólicas.

         b. Procesos de degradación o rompimiento.

         c. Envuelve el rompimiento de moléculas más grandes en moléculas pequeñas.

         d. Aquellas reacciones o procesos que originan la fragmentación de una molécula en
            partes cada vez más pequeñas.

         e. Los enlaces químicos se rompen y se libera consecuentemente energía útil dirigida
            para encauzar otras reacciones (procesos biológicos vitales del cuerpo) que necesitan
            energía para poder funcionar.

         f. Procesos de descomposición en el que las moléculas alimenticias relativamente
            grandes se desdoblan para producir moléculas más pequeñas y energía.

      6. Anabolismo:

         a. Reacciones químicas sintéticas o anabólicas.

         b. Procesos de síntesis o formación/construcción.

         c. Consiste de la unión de pequeñas moléculas para formar moléculas más grandes.

         d. Aquellas reacciones que reunen los pequeños fragmentos moleculares para formar
            moléculas mayores.

         e. Procesos de síntesis que recurre a energía para elaborar moléculas mayores a partir
            de moléculas relativamente pequeñas (e.g., enzimas, hormonas, anticuerpos, entre
            otras).

      7. Enlaces químicos:

         Representan la energía potencial que mantiene los átomos juntos en una molécula.

      8. Sustratos:

         Las moléculas sobre las cuales actúan las enzimas.

      9. Macromoléculas:

         Compuestos relacionados con las reacciones metabólicas (carbohidratos, lípidos y
         proteínas).

     10. Vías metabólicas:

         a. Definición:

            Secuencias específicas de reacciones.

         b. Procesos metabólicos:

            1) Objetivos:

               a) Crecimiento.

               b) Mantenimiento.

               c) Reparación.

II. ENERGIA

    A. Concepto

       Capacidad para efectuar trabajo.

    B. Formas de Energía

       1. Energía potencial:

          a. Energía almacenada dentro de un sistema.

          b. Aquella que es capaz de realizar trabajo.

       2. Energía cinética:

          a. Forma activa de la energía.

          b. Energía en el proceso/acción de realización de trabajo.

       3. Energía química:

          a. Aquella energía almacenda en las moléculas químicas.

          b. Ejemplo:

             La célula muscular.

III. TRANSFORMACIONES BIOLOGICAS DE LA ENERGIA

     A. Concepto General

        Flujo de energía dentro de las células.

     B. Termodinámica

        1. Primera ley de termodinámica (ley de la conservación de energia):

           La energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma de una forma a otra.

        2. Segunda ley de termodinámica:

           a. Postula que como resultado de las transformaciones/conversiones de la energía, el
              universo y sus componentes (i.e., los sistemas vivientes) se encuentran en un alto
              estado de alteración/disturbio (llamado entropía).

              1) Implicación:

                 Los cambios energéticos en los sistemas vivientes tienden a ir desde un estado
                 alto de energía libre a un estado bajo de energía.

     C. Reacciones Químicas Celulares

        1. Función/objetivo:

           Transforma la energía de las sustancias nutricias a una forma biológicamente
           utilizable.

        2. Reacciones endergónicas:

           a. Aquellas reacciones que requieren que se le añada energía a los reactivos
              (sustratos o combustibles metabólicos).

           b. Se le suma energía (contiene más energía libre que los reactivos originales).

           c. Estas reacciones se manifiestan en los procesos anabólicos.

        3. Reacciones exergónicas:

           a. Aquellas reacciones que liberan energía como resultado de los procesos químicos.

           b. Se libera energía.

           c. Estas reacciones se manifiestan en los procesos catabólicos del metabolismo
              celular.

           d. Resultados/efectos de las reacciones exergónicas:

              1) Energía libre:

                 a) Energía en un estado organizado.

                 b) Disponible para trabajo biológico útil (e.g., contracción muscular,
                    transmisión nerviosa, secreción de hormonas, etc.).

                 c) También se encuentra disponible para encausar las reacciones endergónicas.

              2) Productos:

                 a) Sirven de precursores para resintetizar los reactivos (junto con la energía
                    libre) mediante las reacciones endergónicas.

           e. Enlaces de alta energía:

              1) Enlaces químicos que poseen cantidades relativamente grandes de energía.

              2) Estos enlaces químicos se encuentran en los reactivos.

              3) El rompimiento de uno o más de estos enlaces resulta en una reacción
                 exergónica:

                 a) Liberación de energía libre biológicamente útil.

                 b) Productos.

        4. Reacciones acopladas:

           a. Reacciones asociadas, en la cual la energía libre de una reacción (exergónica) es
              utlilizada para conducir/dirigir una segunda reacción (endergónica).

           b. Reacciones liberadoras de energía acopladas a reacciones que requieren energía.

        5. Enzimas:

           a. Descripción:

              1) Catalizadores biológicos.

              2) Aceleran reacciones bioquímicas.

              3) Dirigen y seleccionan vías metabólicas.

              4) No cambian la naturaleza de la reacción ni su resultado.

              5) No sufren ningún cambio en general.

              6) Son proteínas.

           b. Ejemplos:

              1) Poseen el sufijo "asa":

                 a) Quinasa:

                    Le añade fosfatos a los sustratos con los cuales reaccionan.

                 b) Dehidrogenasa:

                    Remueve/elimina los hidrógenos de sus sustratos.

              2) Dehidrogenasa láctica:

                 a) Función:

                    Cataliza la conversión del ácido láctico a ácido pirúvico y viceversa:
 

                                  Dehidrogenasa Láctica
              Acido Láctico                                     Acido Pirúvico
                   +                                                  +                                  NAD                                             NADH + H+
 

           c. Determinantes:

              1) Temperatura corporal.

              2) pH (medición de la acidez) de una solución.

IV. LOS COMBUSTIBLES METABOLICOS PARA EL EJERCICIO

    A. Los Carbohidratos

       1. Estructura química:

          Atomos de: Carbono, Hidrógeno y Oxígeno (CHO).

       2. Función mas importante:

          Provee energía: 4 kcal de energía por cada gramo de carbohidrato.

       3. Tipos/clasificación:

          a. Monosacáridos (azúcares simples):

             1) Glucosa (en la sangre).

             2) Fructosa (frutas, miel de abeja).

             3) Galactosa (glandulas mamarias).

          b. Disacáridos (dos monosacáridos):

             1) Sucrosa/sacarosa (caña de azucar).

             2) Maltosa (digestión de los carbohidratos).

             3) Lactosa (leche).

          c. Polisacáridos (carbohidratos complejos).

             1) Almidones (granos, tubérculos).

             2) Celulosa (fibra).

             3) Glucógeno (reserva de energía en los músculos e hígado) (véase Figura 1).

    B. Las Grasas

       1. Característica:

          No son solubles en agua.

       2. Función mas importante:

          Provee energía: 9 kcal de energía por cada gramo de grasa.
 

                    Ejercicio                    Ejercicio Largo

                   Glucogenólisis                    Glucógeno

                      Glucosa                      Recuperación

                 Fuente de Energía           Dieta Alta en Carbohidratos

               Contracción Muscular              Reservas de Glucógeno

                       (a)                             (b)

                                    Figura 1

       3. Tipos/clasificación:

          a. Simples/neutras:

             1) Triglicéridos:

                a) Estructura química: 3 moléculas de ácidos grasos + 1 molécula de glicerol.

                b) Concepto: Es la forma en que se almacena la grasa.

                c) Función como combustible metabólico:

                   Al degradarse en glicerol y ácidos grasos libres éstos podrán ser utilizados
                   como sustratos de energía.

          b. Compuestas:

             1) Fosfolípidos (costituyente estructural de las membranas celulares).

             2) Lipoproteínas (medio de transportar las grasas en la sangre):

                a) Lipoproteínas de baja densidad (LDL, siglas en inglés) o colesterol malo.

                b) Lipoproteínas de alta densidad (HDL, siglas en inglés ) o colesterol bueno.

          c. Derivadas (de las compuestas):

             1) Colesterol:

                a) Estructura las membranas celulares.

                b) Síntesis de hormonas de sexo (estrógeno, progesterona y testosterona).

                c) Vinculado con las cardiopatías coronarias.

    C. Las Proteínas

       1. Estructura química:

          a. Aminoácidos: Subunidades de las proteínas.

          b. Enlaces pépticos: Uniones químicas que eslabonan los aminoácidos.

       2. Funciones:

          a. Componente estructural de diversos tejidos, enzimas, proteínas sanguíneas, etc.

          b. Fuente potencial de energía: 4 kcal de energía por cada gramo de proteína.

       3. Tipos/clasificación:

          a. Esenciales (9 aminoácidos):

             No pueden ser sintetizados por el cuerpo (se obtienen de los alimentos).

          b. No esenciales (11 aminoácidos):

             Pueden ser sintetizados por el cuerpo (mediante los alimentos y aminoácidos
             esenciales).

       4. Utilización de las proteínas como sustratos (combustible energético) durante el
          ejercicio:

          a. Se degradan las proteínas en aminoácidos:

             1) El aminoácido alanina puede ser convertido en glucógeno en el hígado:

                Luego, el glucógeno se degrada en glucosa y se transporta hacia los músculos
                activos.

             2) Muchos aminoácidos (i.e., isoleucina, alanina, leucina, valina y otros) pueden
                ser convertidos en intermediarios metabólicos (i.e., compuestos que directamente
                participan en la bioenergética) para las células musculares y directamente
                contribuir en la vías metabólicas.

V. FOSFATOS DE ALTA ENERGIA

   A. Adenosina de Trifosfato (ATP)

      1. Importancia/función:

         Representa la fuente de energía inmediáta para la contracción muscular.

      2. Estructura:

         a. Una porción: Adenina

         b. Una porción: Ribosa

         c. Tres Fosfatos unidos vía enlaces químicos de alta energía.

      3. Formación/síntesis:

         Mediante la utilización de energía (reacción endergónica) un fosfato inorgánico (Pi)
         libre se une a una molécula de adenosina de difosfato (ADP) para poder formar una
         molécula de adenosina de trifosfato (ATP). Esta reacción se puede expresar como:
         Pi + ADP   ATP. (véase Figura 2)
 

                              Adenosina de Difosfato (ADP)

                                 Fosfato Inorganico (Pi)

                              Adenosina de Trifosfato (ATP)
 

                                         Energía
                                  Vía Reaccion Acoplada
                   ADP + Pi                                      ATP
 
 

                                         Figura 2

            DESCRIPCION ESQUEMATICA DE UNA REACCION ENDERGONICA (QUE REQUIERE
                ENERGIA) MEDIANTE LA CUAL DE SINTETIZA UNA MOLECULA DE ATP

      4. Mecanismo por el cual libera energía (reacción exergónica):

         La enzima ATPase degrada el enlace químico que almacena energía entre ADP y Pi,
         lo cual resulta en la liberación de energia útil para generar trabajo
         (i.e., contracción muscular).

                            ATPase
              ATP                             ADP + Pi + Energía
           (Reactivo)                       (Productos)  (Energía Libre Biológicamente útil)

VI. PRODUCCION ANAEROBICA DE ATP

    A. El Sistema de ATP-PC (Fosfágeno)

       Envuelve la donación de un fosfato (Pi) y su enlace de energía por parte de la
       fosfocreatina (PC) a la molécula de ADP para formar ATP:

                                   Creatina Fosfoquinasa
                       PC + ADP                              ATP + C

       En última instancia, el ATP refosforila la creatina para así formar PC.

    B. Glucólisis Anaeróbica

       1. Descripción general:

          Envuelve la degradación de glucosa o glucógeno para formar dos moléculas de ácido
          pirúvico o ácido láctico (este último producto se forma en la ausencia de oxígeno).
          Mediante reacciones acopladas, la energía que produce esta vía metabólica va dirigida
          a restaurar el Pi a ADP para formar ATP. La ganancia neta de esta vía metabólica
          son dos moléculas de ATP y dos moléculas de ácido pirúvico o ácido láctico por cada
          molécula de glucosa que se degrada.

VII. PRODUCCION AEROBICA DE ATP

     A. El Ciclo de Krebs (Ciclo del Acido Cítrico o Ciclo del Acido Trícarboxílico)

        1. Descripción:

           a. Una serie cíclica de reacciones enzimáticamente catalizadas que se ejecutan
              mediante un sistema de multienzimas.

           b. Oxida el grupo acetil de la acetil coenzima A (acetil-CoA):

              El piruvato (tres moléculas de carbono) se degrada para formar acetil-CoA
              (molécula de tres carbonos). Luego el acetil-CoA se combina con el ácido
              oxaloacético (molécula de cuatro carbonos) para formar ácido cítrico (seis
              carbonos). Esto continúa con una serie de seis reacciones para regenerar el
              ácido oxaloacético y dos moléculas de CO2, y la vía inicia todo de nuevo.

        2. Lugar donde ocurren las reacciones bioquímicas del ciclo de Krebs:

           Dentro de la mitocondria.

        3. Resumen:

           a. El ciclo de Krebs es la vía metabólica final para la oxidación de los sustratos
              (combustibles metabólicos), i.e., los carbohidratos, grasas (beta oxidación, los
              ácidos grasos pasan por una serie de reacciones para formar acetil-CoA) y
              proteínas (su contribución energética fluctúa entre 5% a 15% del combustible
              utilizado durante el ejercicio). Los combustibles metabólicos entran en el ciclo de
              Krebs en la forma de acetil-CoA.

     B. La Cadena del Transporte Electrónico y la Fosforilación Oxidativa:

        1. Descripción:

           a. La cadena del transporte electrónico (o cadena respiratoria) es responsable de la
              fosforilación oxidativa (la producción aeróbica del ATP dentro de la mitocondria).

           b. La cadena del transporte electrónico es la vía metabólica final común en las
              células aeróbicas mediante la cual los electrones derivados de los diferentes
              sustratos son transferidos hacia el oxígeno.

           c. El sistema de transporte electrónico es una serie de reacciones de
              oxidación-reducción realizadas por unas enzimas altamente organizadas.

           d. La fosforilación oxidativa es el proceso mediante el cual se forma ATP en la
              forma de electrones y luego son transferidos hacia el oxígeno mediante una serie
              de transportadores de electrones.

        2. Localización de la cadena del transporte electrónico:

           La mitocondria.

        3. Al final de la cadena del transporte electrónico:

           El oxígeno acepta los electrones que van pasando y se combina con hidrógeno para
           formar agua.

     C. Contabilidad Total de la Producción Aeróbica del ATP

        1. Cuando una molécula de glucosa o glucógeno se degrada mediante las vías aeróbicas
           produce un total de:

           a. 38 moléculas de ATP (degradación aeróbica de la glucosa).

           b. 39 moléculas de ATP (degradación aeróbica del glucógeno):

              La producción glucolítica neta del ATP por el glucógeno es una molécula de ATP
              adicional en comparación con la glucosa.

VIII. REFERENCIAS

      1. Giese, A,C. Fisiología Celular y General. 5ta. ed.; México: Nueva Editorial
              Interamericana S.A. de C.V., 1983. pp. 154-166, 232-244, 293-318, 579-581,
              584-586.

      2. Lamb, David R. Fisiología del Ejercicio: Respuestas y Adaptaciones.
              Madrid, España: Editorial Augusto E. Pila Teleña, 1978. pp. 406.

      3. Parker Anthony, Catherine y Gary A. Thibodeau. Anatomía y Fisiología. 10ma. ed.;
              México: Nueva Editorial Interamericana, 1984. 724 págs.

      4. Powers, Scott K. y Edward T. Howley. Exercise Physiology: Theory and
              Applications. 2da. ed.; Dubuque, I.A.: Wm. C. Brown Publishers, 1994.
              pp. 25-50.

      5. Sheeler, Phillip y Donald E. Bianchi. Cell Biology: Structure, Biochemistry, and
              Function. New York: John Wiley & Sons, 1980. pp. 188-224, 331-364.

      6. Scheve, Larry, Elements of Biochemistry. Boston: Allyn and Bacon, Inc., 1984.
              pp. 135-148.

      7. Strand, Fleur L. Fisiología Humana: Un Enfoque Hacia los Mecanismos Reguladores.
              México: Editorial Interamericana, 1982. pp. 75-81.

      8. Stryer, Lubert. Biochemistry. 2da. ed.; New York: W.H. Freeman and Company.,
              1981. pp. 235-430, 539-556.

     10. Tortola, Gerard J. y Nicholas P. Anagnostakos. Principios de Anatomía y Fisiología.
              3ra. ed.; México: Harper & Row Latinoamericana, 1984. pp. 1034.

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