Sistemas bioenergéticos
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Los sistemas bioenergéticos son procesos metabólicos que se relacionan con el flujo de energía en los organismos vivos. Estos procesos convierten la energía en trifosfato de adenosina (ATP), que es la forma adecuada para la actividad muscular. Hay dos formas principales de síntesis de ATP: aeróbica , que utiliza oxígeno del torrente sanguíneo, y anaeróbica , que no lo hace. La bioenergética es el campo de la biología que estudia los sistemas bioenergéticos.
Visión general
El proceso de respiración celular que convierte la energía del oxígeno [1] y los alimentos en ATP (que puede liberar energía) depende en gran medida de la disponibilidad de oxígeno. Durante el ejercicio , el suministro y la demanda de oxígeno disponible para las células musculares se ve afectado por la duración y la intensidad y por el nivel de aptitud cardiorrespiratoria del individuo. Se pueden reclutar selectivamente tres sistemas, dependiendo de la cantidad de oxígeno disponible, como parte del proceso de respiración celular para generar ATP para los músculos. Son el ATP, el sistema anaeróbico y el sistema aeróbico.
Trifosfato de adenosina
El ATP es la forma de energía química utilizable para la actividad muscular. Se almacena en la mayoría de las células, particularmente en las células musculares. Otras formas de energía química, como las disponibles a partir del oxígeno y los alimentos, deben transformarse en ATP antes de que las células musculares puedan utilizarlas. [2]
Reacciones acopladas
Dado que la energía se libera cuando se descompone el ATP, se requiere energía para reconstruirlo o resintetizarlo. Los componentes básicos de la síntesis de ATP son los subproductos de su descomposición; difosfato de adenosina (ADP) y fosfato inorgánico (P i ). La energía para la resíntesis de ATP proviene de tres series diferentes de reacciones químicas que tienen lugar dentro del cuerpo. Dos de los tres dependen de los alimentos ingeridos, mientras que el otro depende de un compuesto químico llamado fosfocreatina . La energía liberada de cualquiera de estas tres series de reacciones se utiliza en reacciones que resintetizan ATP. Las reacciones separadas están funcionalmente vinculadas de tal manera que la energía liberada por una es utilizada por la otra. [2] : 8–9
Tres procesos pueden sintetizar ATP:
- Sistema ATP – CP (sistema de fosfógeno): este sistema se utiliza hasta por 10 segundos. El sistema ATP-CP no utiliza oxígeno ni produce ácido láctico si no hay oxígeno disponible y, por lo tanto, se denomina anaeróbico aláctico. Este es el sistema principal detrás de movimientos muy cortos y poderosos como un swing de golf, un sprint de 100 m o un levantamiento de pesas.
- Sistema anaeróbico: este sistema predomina en el suministro de energía para el ejercicio que dura menos de dos minutos. También se lo conoce como sistema glucolítico . Un ejemplo de una actividad de la intensidad y duración bajo la que trabaja este sistema sería un sprint de 400 m.
- Sistema aeróbico: este es el sistema de energía de larga duración. Después de cinco minutos de ejercicio, el sistema O 2 es dominante. En una carrera de 1 km, este sistema ya está proporcionando aproximadamente la mitad de la energía; en una carrera de maratón aporta el 98% o más. [3]
Los sistemas aeróbicos y anaeróbicos suelen funcionar al mismo tiempo. Al describir la actividad, no se trata de qué sistema energético está funcionando, sino cuál predomina. [4]
Metabolismo aeróbico y anaeróbico
El término metabolismo se refiere a las diversas series de reacciones químicas que tienen lugar dentro del cuerpo. Aerobio se refiere a la presencia de oxígeno, mientras que anaeróbico significa con una serie de reacciones químicas que no requieren la presencia de oxígeno. La serie ATP-CP y la serie del ácido láctico son anaeróbicas, mientras que la serie del oxígeno es aeróbica. [2] : 9
ATP – CP: el sistema de fosfágenos
El fosfato de creatina (CP), como el ATP, se almacena en las células musculares. Cuando se descompone, se libera una cantidad considerable de energía. La energía liberada se acopla al requerimiento energético necesario para la resíntesis de ATP.
Las reservas musculares totales de ATP y CP son pequeñas. Por tanto, la cantidad de energía que se puede obtener a través de este sistema es limitada. El fosfágeno almacenado en los músculos que trabajan normalmente se agota en segundos de intensa actividad. Sin embargo, la utilidad del sistema ATP-CP radica en la rápida disponibilidad de energía en lugar de cantidad . Esto es importante con respecto a los tipos de actividades físicas que los seres humanos son capaces de realizar. [2] : 9-11
Sistema anaeróbico
Este sistema se conoce como glucólisis anaeróbica . "Glucólisis" se refiere a la descomposición del azúcar. En este sistema, la descomposición del azúcar proporciona la energía necesaria a partir de la cual se fabrica el ATP. Cuando el azúcar se metaboliza anaeróbicamente, solo se descompone parcialmente y uno de los subproductos es el ácido láctico . Este proceso crea suficiente energía para acoplarse con los requisitos de energía para resintetizar el ATP.
Cuando los iones H + se acumulan en los músculos y provocan que el nivel de pH de la sangre alcance niveles bajos, se produce una fatiga muscular temporal . Otra limitación del sistema del ácido láctico que se relaciona con su calidad anaeróbica es que solo unos pocos moles de ATP pueden resintetizarse a partir de la descomposición del azúcar en comparación con el rendimiento posible cuando se consume oxígeno de alta energía. [1] No se puede confiar en este sistema durante períodos de tiempo prolongados.
El sistema de ácido láctico, como el sistema ATP-CP, es importante principalmente porque proporciona un suministro rápido de energía ATP. Por ejemplo, los ejercicios que se realizan a velocidades máximas de entre 1 y 3 minutos dependen en gran medida del sistema de ácido láctico. En actividades como correr 1500 metros o una milla, el sistema de ácido láctico se usa predominantemente para el "puntapié" al final de la carrera. [2] : 11-12
Sistema aeróbico
- Glucólisis: la primera etapa se conoce como glucólisis, que produce 2 moléculas de ATP, 2 moléculas reducidas de nicotinamida adenina dinucleótido ( NADH ) y 2 moléculas de piruvato que pasan a la siguiente etapa: el ciclo de Krebs . La glucólisis tiene lugar en el citoplasma de las células corporales normales o en el sarcoplasma de las células musculares.
- El ciclo de Krebs: esta es la segunda etapa, y los productos de esta etapa del sistema aeróbico son una producción neta de un ATP, una molécula de dióxido de carbono , tres moléculas NAD + reducidas y una molécula de dinucleótido flavin adenina (FAD) reducida . (Las moléculas de NAD + y FAD mencionadas aquí son portadoras de electrones, y si se reducen, se les ha agregado uno o dos iones H + y dos electrones). Los metabolitos son para cada turno del ciclo de Krebs. El ciclo de Krebs gira dos veces por cada molécula de glucosa de seis carbonos que pasa a través del sistema aeróbico, como dos piruvato de tres carbonos.las moléculas entran en el ciclo de Krebs. Antes de piruvato entra en el ciclo de Krebs debe ser convertido a acetil coenzima A . Durante esta reacción de enlace, por cada molécula de piruvato convertida en acetil coenzima A, también se reduce un NAD + . Esta etapa del sistema aeróbico tiene lugar en la matriz de las mitocondrias de las células .
- Fosforilación oxidativa: la última etapa del sistema aeróbico produce el mayor rendimiento de ATP: un total de 34 moléculas de ATP. Se llama fosforilación oxidativa porque el oxígeno es la fuente de energía [1] y el aceptor final de electrones e iones de hidrógeno (por lo tanto oxidativo) y se agrega un fosfato extra al ADP para formar ATP (por lo tanto, fosforilación).
Esta etapa del sistema aeróbico ocurre en las crestas (pliegues de la membrana de las mitocondrias). La reacción de cada NADH en esta cadena de transporte de electrones proporciona suficiente energía para 3 moléculas de ATP, mientras que la reacción de FADH 2 produce 2 moléculas de ATP. Esto significa que 10 moléculas de NADH totales permiten la regeneración de 30 ATP, y 2 moléculas de FADH 2 permiten la regeneración de 4 moléculas de ATP (en total 34 ATP de fosforilación oxidativa, más 4 de las dos etapas anteriores, produciendo un total de 38 ATP en el sistema aeróbico). NADH y FADH 2 se oxidan para permitir que el NAD +y FAD para ser reutilizados en el sistema aeróbico, mientras que los electrones y los iones de hidrógeno son aceptados por el oxígeno, la principal fuente de energía del proceso, [1] para producir agua, un subproducto inofensivo.
Referencias
- ↑ a b c d Schmidt-Rohr, K. (2020). "El oxígeno es el de alta energía Encendido molécula compleja multicelular Vida: Las correcciones fundamentales a la tradicional Bioenergética ACS Omega 5 :. 2221-2233 http://dx.doi.org/10.1021/acsomega.9b03352
- ↑ a b c d e Edward L. Fox (1979). Fisiología deportiva . Editorial Saunders College. ISBN 978-0-7216-3829-4.
- ^ "Programa de acondicionamiento y fuerza de la Universidad James Madison" . Archivado desde el original el 20 de abril de 2008.
- ^ Gráficos de proporción de energía
Otras lecturas
- Fisiología del ejercicio para la salud, la forma física y el rendimiento . Sharon Plowman y Denise Smith. Lippincott Williams y Wilkins; Tercera edición (2010). ISBN 978-0-7817-7976-0 .
- Fuentes de energía química
