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Con anterioridad mencionamos el flujo de energía en la materia viva en general, ahora pretendemos describir el flujo de energía dentro de la unidad más pequeña de la materia viva, que es la célula.

Todas las células, ya sea animal, vegetal, o microbiana, utilizan los mismos principios y mecanismos moleculares fundamentales en sus actividades de transformación de la energía, de ahí que podemos usar la célula animal, la más familiar heterotrófica como la base de nuestros comentarios.

Las actividades de la transformación de la energía en la célula se pueden visualizar mejor en términos de un flujo de energía desde las moléculas de los alimentos hacia aquellos que necesitan energía, que es necesaria para la función y sobrevivencia de las células vivas, es decir, el funcionamiento del trabajo osmótico, mecánico y químico.

La oxidación de las moléculas orgánicas combustibles, tales con la glucosa, con el gasto de oxígeno molecular, es el proceso primario en la proporción de energía química útil en la mayoría de las células heterotróficas. Las células que usan oxígeno, se les llama células aeróbicas o aerobias. Sin embargo, hay células heterotróficas que no utilizan el oxigeno, o que son envenenadas por él, y se les llama organismos anaeróbicos o anaerobios.

Las anaerobias también obtienen su energía a partir de la oxidación de las moléculas de alimentos complejos, pero en lugar de usar oxígeno, ellas emplean otras clases de moléculas como agentes oxidantes, se definen como aceptores de electrones y a los agentes reductores como donadores de electrones. En otras palabras, el oxígeno, finalmente, no es necesario para realizar una reacción de oxidación. Las anaerobias han desarrollado un extraordinario truco para hacerlo sin oxígeno.

Algunas de las células pueden degradar la molécula de glucosa de seis átomos de carbono, en dos fragmentos con tres átomos de carbono. Uno de estos fragmentos de tres átomos de carbono, el agente donador de electrones o agente reductor, ahora viene a ser oxidado por el otro fragmento, que es el aceptor de electrones u oxidante. Este proceso, por el cual las moléculas de alimentos realizan la óxido-reducción en la ausencia de oxígeno, se denomina fermentación.

Entonces, en todas las células el proceso de oxidación o transferencia de electrones es la fuente principal de energía. En las células aerobias el oxidante es el oxígeno, en las células anaerobias puede ser una molécula orgánica derivada de una parte de la propia molécula de alimento.

En ambas células, aeróbicas y anaeróbicas, la energía de las moléculas de alimento se conserva durante su oxidación, no como calor, sino más bien como energía química. Ahora podemos ser más específicos y decir que la energía de las reacciones de oxidación celular, se conserva en el compuesto químico de trifosfato de adenosina, que se ha conocido universalmente por todos los biólogos de generación por sus iniciales ATP.

Así, el ATP es el transportador de energía química de la oxidación de moléculas de alimento, ya sea aeróbica o anaeróbica, a aquellos procesos o reacciones de la célula que no ocurren espontáneamente y pueden proceder solamente si se proporciona energía química.

Durante la oxidación del alimento para el rendimiento de energía en la célula, el ATP se forma a partir del difosfato de adenosina (ADP) en reacciones acopladas; algo de la energía de la molécula de alimento se ahorra o se conserva como la energía del reciente ATP formado. Entonces, la energía química del ATP se usa para la realización del trabajo químico, mecánico y osmótico de la célula.

En resumen, el ATP es la forma cargada del sistema de transporte de energía y el ADP es la forma descargada. Este sistema de transporte de energía durante la oxidación del alimento, se descarga durante la realización del trabajo celular en un ciclo dinámico continuo.

La gran cantidad de etapas químicas en la carga y descarga del sistema de ATP en las células están catalizadas por sistemas enzimáticos. Este es el principio básico del ciclo de energía celular y centrado a ello es la sustancia ATP.

Ala célula se le ha comparado a una fábrica, y la similaridad es aún más convincente a la luz de la discusión precedente. Una gran fábrica consiste de una serie de divisiones y cada una de éstas contiene un número de máquinas separadas, unidas de acuerdo a un plan maestro tal, que el complejo completo puede producir productos específicos a través de una serie de operaciones secuenciales. De manera similar, una célula contiene un número de compartimentos específicamente localizados, cada uno de los cuales tiene una función definida y un papel en la organización de la actividad.

Es digno de mención que cada una de las transformaciones importantes de energía en la célula, se realiza dentro de un organelo intramolecular específico bien definido. Por ejemplo, las mitocondrias, pequeñas estructuras rodeadas de membrana en el citoplasma con los sitios de sistemas enzimáticos que participan en la oxidación de alimentos por el oxígeno molecular y la recuperación de la energía oxidativa como ATP. Por esta razón, a las mitocondrias se les llama a menudo las plantas de fuerza de la célula.

La energía del ATP se utiliza en otras partes de la célula para realizar trabajo. Por ejemplo, la mayor parte del trabajo osmótico de la célula tiene lugar en la membrana del plasma, en la que se localizan las enzimas capaces de realizar el trabajo direccional del transporte activo. Los ribosomas son cuerpos granulares muy pequeños localizados frecuentemente en la superficie del retículo endoplasmático que es un arreglo complejo plegado de membranas dobles en el citoplasma. Los ribosomas son el sitio de la mayoría de la síntesis de proteínas en la célula, por lo que literalmente son las «fábricas de proteínas», el núcleo celular es el sitio de la replicación del ácido desoxirribonucleico (ADN), el que transporta la información primaria o macromolécula genética; la replicación del ADN ocurre durante la división celular.

Cada una de las estructuras celulares o compartimentos tiene una estructura molecular fina muy compleja. De hecho, la organización molecular de tales unidades funcionales de la célula son los campos de la bioquímica y de la biología molecular.

Publicado originalmente en Cambio (Michoacán - México)