La alimentación de cada una de las células depende de la nutrición del animal a la que éstas pertenecen. Los alimentos necesarios para la nutrición del animal se degradan en el aparato digestivo y se distribuyen por todas las células del organismo en forma de moléculas utilizables. Por ello, la alimentación celular puede tener lugar mediante distintos procesos: la fagocitosis, la pinocitosis y la absorción; este último es el principal mecanismo mediante el cual la célula ingiere las sustancias necesarias para su supervivencia. Estas sustancias pueden ser átomos, iones o moléculas, tales como agua, oxígeno, azúcares, sales, proteínas, etc., que, una vez han entrado en la célula, experimentan transformaciones inducidas por una serie de reacciones químicas.
- Metabolismo celular: anabolismo y catabolismo
El conjunto de estas operaciones se denomina metabolismo celular, y comprende tanto procesos constructivos, como el ensamblaje de nuevas moléculas biológicas (anabolismo), como procesos destructores, como la degradación de los materiales en bruto o de los productos que pueden reciclarse (catabolismo). Las reacciones químicas que forman parte del metabolismo tienen casi la misma variedad que las células existentes, mientras que las macromoléculas biológicas que constituyen los "ladrillos de construcción" son siempre las mismas: lípidos, aminoácidos, azúcares y nucleótidos.
- La fundamental ingestión del carbono
Como ya hemos observado, el carbono es el átomo más abundante en los organismos vivos, después del hidrógeno y del oxígeno. El átomo de carbono está presente en casi todas las moléculas biológicas de la célula, y de ahí que su ingestión sea fundamental.
+ Absorción del carbono por las células como anhídrido carbónico
Las células que absorben el carbono exclusivamente bajo la forma de anhídrido carbónico (CO2) se denominan autótrofas; son las células vegetales que, a través de la fotosíntesis, utilizan el anhídrido carbónico de la atmósfera y del agua para sintetizar la glucosa, molécula rica en energía. Las células que no son capaces de utilizar el anhídrido carbónico como fuente de carbono deben extraerlo de moléculas más complejas, como la glucosa, producida por las células autótrofas; esas células se denominan heterótrofas. Son heterótrofas las células que conforman los animales superiores y la mayoría de los microorganismos; incapaces de producir de un modo autónomo las sustancias nutritivas necesarias para su supervivencia, viven de los productos de otras células.
+ El continuo flujo de átomos de carbono
Entre los organismos vivos se produce, por tanto, un continuo flujo de átomos de carbono: las plantas verdes, autótrofas, producen glucosa a partir de CO2 y agua; la glucosa es el monómero que constituyen los
polisacáridos, como la
celulosa y el
almidón, que componen las plantas. Las plantas sirven de alimento a los animales herbívoros, que obtienen la glucosa necesaria para sus células a partir de la degradación de los polisacáridos y la utilizan como fuente de carbono. Los animales, a su vez, restituyen el carbono a la atmósfera en forma de CO2 mediante la
respiración, y a la tierra en forma de otras sustancias orgánicas.
- El ciclo del nitrógeno
También el nitrógeno forma parte de un ciclo similar al del carbono. El nitrógeno es un átomo muy importante para la vida: está presente en muchas de las principales macromoléculas, tales como los
aminoácidos y los
ácidos nucleicos. Se encuentra en la atmósfera en forma molecular (N2) y únicamente algunos procariotas, como ciertas bacterias y las algas azules, son capaces de utilizarlo directamente. Los otros organismos ingieren el nitrógeno a través de compuestos que lo contienen. Las plantas, en efecto, extraen nitrógeno del suelo en forma de nitratos, y sus células lo utilizan para sintetizar ácidos nucleicos y aminoácidos que son ingeridos luego por los herbívoros. Estos últimos devuelven el átomo al suelo a través de la urea contenida en la orina. Finalmente, la urea es transformada otra vez en nitratos por las bacterias.
- Intercambio del oxígeno por las diferentes especies vivas
El oxígeno, en cambio, es intercambiado por las distintas especies vivas. El oxígeno molecular (O2) de la atmósfera es producido por las plantas superiores y por el
plancton marino a través de la
fotosíntesis, como resultado colateral de la síntesis de glucosa a partir de CO2 y agua; a continuación, los animales consumen oxígeno al respirar y devuelven anhídrido carbónico a la atmósfera.
- Concepto de metabolismo celular
Volvamos ahora al concepto de metabolismo celular. Cuando una sustancia entra en las células experimenta una serie de transformaciones en una sucesión precisa; el conjunto de estas transformaciones forma una cadena metabólica en la cual intervendrá un producto de partida que, a través de una serie de reacciones químicas, se transformará finalmente en un producto distinto del inicial.
El metabolismo general de una célula está pues constituido por un conjunto de cadenas metabólicas que se entrelazan unas con otras, formando una red complicadísima de reacciones químicas.
+ Ejemplo: modificaciones de la glucosa al entrar en la célula
Como ejemplo examinaremos la secuencia de modificaciones que experimenta la glucosa al entrar en la célula. Ésta tiene que extraer la glucosa principalmente de moléculas más complejas que la contienen, como por ejemplo la sacarosa o azúcar común de cocina, un disacárido formado por la unión de dos
monosacáridos, la glucosa de seis átomos de carbono y la fructosa de cinco átomos de carbono; o la lactosa o azúcar de la leche, otro disacárido en el que la glucosa se presenta enlazada a la galactosa; también el almidón, presente en todos los cereales, está constituido por largas cadenas lineales o ramificadas de glucosa. Así pues, la célula o, en el caso de los animales superiores, el aparato digestivo, tiene que descomponer los disacáridos y polisacáridos en sus monosacáridos constituyentes y liberar la glucosa. A continuación, la glucosa, en los animales superiores como los mamíferos y también en muchos microorganismos, se somete en las células a una serie de reacciones químicas que concluyen con la formación de dos moléculas de ácido láctico por cada molécula de glucosa.
+ Glucólisis o fermentación homoláctica
Esta cadena metabólica recibe el nombre de glucólisis o fermentación homoláctica. Otros organismos, como las levaduras, utilizan, en cambio, la fermentación alcohólica, en la que a partir de una molécula de glucosa se forman dos de etanol (alcohol etílico) y dos de anhídrido carbónico (CO2). Las reacciones químicas de la fermentación alcohólica son similares a las de la glucólisis, salvo que en aquélla la transformación del ácido pirúvico en ácido láctico se sustituye por otras dos reacciones que escinden el ácido pirúvico (compuesto formado por tres átomos de carbono) en etanol (una molécula de dos átomos de carbono) y en CO2. La fermentación del mosto que produce el vino es un ejemplo de transformación de glucosa en alcohol etílico mediante la acción de levaduras, que utilizan varias enzimas.
Llegados a este punto, podemos preguntarnos por qué la célula realiza todas estas transformaciones. En esencia, por dos motivos: para producir
energía química y para disponer de compuestos intermedios que sirven de inicio a otras cadenas metabólicas. Así por ejemplo, el penúltimo producto de la glucólisis, el ácido pirúvico, es el compuesto de partida para la síntesis de tres aminoácidos: isoleucina, valina y leucina, utilizados posteriormente en la síntesis de proteínas. Esta última reacción tiene lugar en las bacterias. De hecho, no todos los organismos tienen la capacidad de sintetizar los veinte aminoácidos que se encuentran en las proteínas; en los animales superiores, como los mamíferos, sólo diez aminoácidos son producidos ex novo y los restantes, que tienen que ser ingeridos por la dieta, son denominados aminoácidos esenciales.
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