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FUNDAMENTOS BIOQUÍMICOS DEL EJERCICIO
EDGAR LOPATEGUI CORSINO
Universidad Interamericana de PR

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Atención: El siguiente artículo fue extraído de internet. Es una artículo libre, a título gratuito, de libre disposición de Internet. Los conceptos aquí vertidos corren por exclusiva cuenta del autor y no expresan necesariamente la filosofía o manera de ver el deporte o disciplina por parte de los responsables de Fuerza y Potencia. Las faltas gramaticales, de redacción y de ortografía son de exclusiva responsabilidad del autor original
INTRODUCIÓN

        Los alimentos que consumen los atletas/deportistas tienen que necesariamente primero ser digeridos, proceso por el cual el alimento se degrada en materias más pequeñas y asimilables. Luego se procede a la absorcion de los nutrimentos derivados de los alimentos. Finalmente, los nutrimentos circulantes llegan a la célula para que ocurra el metabolismo.

        El funcionamiento del organismo humano depende de una variedad de procesos bioquímicos que en conjunto representan el metabolismo de las células corporales. Las reacciones químicas involucradas en el metabolismo proveen (y utilizan) compuestos de energía indispensables para mantener trabajando todos nuestros órganos del cuerpo, por ejemplo, mantienen vivo al ser humano. Para el atleta, los procesos liberadores y de síntesis de energía que constituyen el metabolismo facilita la ejecutoria deportiva, y, en muchos casos, la mejora, particularmente cuando se llevan a cabo manipulaciones dietéticas efectivas. Claro esta, existen otros factores que determinan el nivel de efectividad en el rendimiento competitivo, tales como el nivel de entrenamiento o aptitud física, la periodización del entrenamiento físico, características genéticas del deportista (factores hereditarios), la edad del competidor, entre otras.

CONCEPTO BÁSICOS DE BIOENERGÉTICA

        Antes de comenzar de lleno en el estudio de la bioquímica del ejercicio, es necesario discutir algunos terminos esenciales para entender los conceptos que se habran de manejar más adelante en este libro.

        ¿Que es bioenergética?. La bioenergética es una ciencia que se encarga de estudiar las transformaciones energéticas en los sistemas vivos. Ademas, incluye el estudio de la energía química almacenada en la biomasa (conjunto de especies vegetales y animales utilizadas como nutrientes y fuente de energía) y los métodos de recuperación bajo formas distintas; alimentos, calor y combustibles.

        La termodinámica representa el campo de las ciencias físicas que estudia los intercambios de energía entre conjuntos de materia, i.e., los cambiso asociados con el paso de un sistema desde un estado inicial a otro final. Se define sistema como un conjunto de materia y energía que representa el foco de estudio. Para poder estudiar un sistema, este debe aislarse, i.e., imponer ciertas restricciones al flujo de materia o energía o ambas hacia o desde el sistema.

        La primera ley de termodinímica (ley de la conservación de la energía) es el principio que asienta que la energía ni se crea ni se destruye sólo se transforma de una forma a otra. Esto implica de que se puede hablar de un equilibrio energético entre el aporte calórico y el gasto de energía.

        Cuando estudiamos bioquímica, nos referimos a los principios y patrones moleculares que contribuyen al movimiento y fenómeno metabólico.

        Las billones de células que componen al cuerpo humano poseen la vital tarea de mantener trabajando al organismo. Para esto, es necesario que se lleven a cabo un conjunto de reacciones químicas y enzimáticas del organismo dirigidas a la producción de compuestos energéticos y a la utilización de fuentes de energía, donde las células de nuestro cuerpo sirven de escenario. Estas transformaciones energéticas que liberan y emplean la energía para mantener funcionando nuestros órganos corporales se conoce como metabolismo. El metabolismo celular consume nutrimentos (hidratos de carbono o glúcidos, grasas o lípidos y proteinas o prótidos) y oxígeno (O2), generando desechos y gas carbónico que deben eliminarse. Fragmentos que resultan del rompimiento de estas sustancias nutricias energéticas o combustibles metabólicos pueden entrar al Ciclo de Krebs (o ciclo de ácido cítrico), especie de vía comun para su degradamiento, en la cual son desdoblados hasta atomos de hidrógeno y CO2. Los átomos de hidrógeno son oxidados para formar agua (H2O) por medio de una cadena de flavoproteinas y citocromos dentro de la cadera respiratoria (o sistema de transporte electrónico). Dentro del metabolismo se realizan dos reacciones químicas complementarias, a saber, el catabolismo y el anabolismo. Las enzimas catalizan las reacciones químicas tanto catabólicas como anabólicas.

       La fase catabólica del metabolismo posee la importante tarea de hidrolisar (degradar, desdoblar, romper) moléculas alimentarias grandes a moléculas m
        Por otro lado, la fase anabolica utiliza energía libre para elaborar moléculas grandes a partir de moléculas más pequeñas. Representa, entonces, una reacción química de síntesis, construcción o formación que requiere energía (se acompaña de utilización de la energía). Esta energía se deriva de las reacciones catabólicas. Por consiguiente, los procesos metabólicos de naturaleza anabólica involucran la unión de pequenas moléculas para formar moléculas más grandes, i.e., reunen los pequenos fragmntos moleculares para formar moleculas mayores. Los procesos anabólicos recurren siempre a la energía, de manera que puedan producir compuetos de mayor tamaño que se derivan de los fragmentos moleculares de menor tamaño (e.g., enzimas, hormonas, anticuerpos, tejido muscular, entre otras moléculas). Por ejemplo, durante el anabolismo energético los acetil-co-A detienen los procesos degradadores para poder producir glucógeno, el cual será almacenado especialmente en los músculos esqueléticos e hígado.

        Los compuestos de alta energía poseen enlaces químicos. Un enlace químico representa la energía potencial que mantiene los átomos juntos en una molécula.

        Toda reacción o proceso químico a nivel celular involucra sustratos y enzimas. Los sustratos son las moléculas sobre las cuales actuan las enzimas. Una enzima representa un tipo de proteína (catalizador biolígico) encargado de acelerar las reacciones bioquímicas en una vía metabólica particular. Las enzimas no sufren cambios durantes las reacciones, ni cambian la naturaleza de la reacción ni su resultado. Los nombres de todas las enzimas posee el sufijo "asa". Por ejemplo, la enzima quinasa, la cual le añade fosfatos a los sutratos con los cuales reaccionan. Otro tipo de enzima es la dehidrogenasa, la cual se encarga de remover/eliminar los hidrógenos de los sustratos. La dehidrogenasa lactica cataliza la conversión del ácido láctico a ácido pirúvico y viceversa:
 
 

Dehidrogenasa Lactica
|
Acido Láctico Acido Pirúvico
|
+ +
|
NAD NADH + H+

        La actividad enzimática dependera de la temperatura corporal y el pH (medición de acidez) de una solución.

        Los sustratos representan las moléculas sobre las cuales actuan las enzimas. Los nutrientes (o nutrimentos) que proveen energía (liberan calor y energía cuando son degradados durante la catabolia del metabolismo) se conocen también como macromoléculas, i.e., compuestos relacionados con las reacciones metabólicas (hidratos de carbono o glúcidos, grasas o lípidos y proteínas o prótidos). Estas macromoléculas también pueden considerarse como sustratos. Otros sinónimos para estos nutrimentos energéticos (o caloríficos) pueden ser reactivos, sustancias nutricias o combustibles metabólicos.  Cuando los sustratos penetran la pared celular del organismo, se inician los multiples procesos metabólicos. Las secuencias especificas de reacciones se conoce como vías metabólicas. La finalidad de los procesos metabólicos es el crecimiento, mantenimiento y la reparación.

        Cuando hablamos de una reacción oxidativa (oxidación o respiración celular), nos referimos a la combinación de una substancia con el oxígeno (O2), la perdida de hidrógeno (H2) o la perdida de electrones (e-). La rección inversa correspondiente se conoce como reducción. Las oxidaciones biológicas son catalizadas por enzimas, siendo una proteína enzimática particularmente la responsable, en casi todos los casos, de una reacción particular. Los cofactores (iones simples) o las coenzimas (substancias árganicas no proteínicas) son substancias accesorias que usualmente actúan como transportadoras de los productos de la reacción. A diferencia de las enzimas, las coenzimas pueden catalizar varias reacciones.

PRINCIPIOS DE BIOENERGÉTICA

El Concepto de Energía

        Es muy importante comenzar definiendo del concepto de energía. Tradicionalmente, energía ha sido definido como la capacidad para realizar trabajo (Aguilar & Aguilar, 1983, p.78). La energía presente en el universo, particularmente en el planeta tierra, puede adoptar múltiples formas. Tenemos, entonces, que la energía puede ser de tipo química, mecánica, térmica (o calorífica), luminosa (radiante, solar o electromagnética), electrica y nuclear. Estos estados de la energía pueden intercambiarse entre si.

        La energía puede encontrarse en otras formas o estados, a saber, la enegía potencial y cinética. La energia potencial es aquella almacenada dentro de un sistema que posee la capacidad para realizar trabajo. Por ejemplo, la energía química (aquella almacenada químicamente en ciertas moléculas) que contiene la glucosa posee el potencial de generar trabajo si se cataboliza a través de la vía glucolítica. La activación de dicha energía química potencial se le llama energía cinética, i.e., energía en proceso/acción de realización de trabajo.

Origen de la Energía - El Ciclo Energético Biológico

        La energía que requieren las actividades biológicos del organismo humano provienen en última instancia del sol (energía luminosa, radiante o solar). La energía luminosa, a su vez, se origina de la energía nuclear. Esta energía que se deriva del sol la capturan las plantas verdes en forma de energía química a través de la fotosíntesis. Esto se debe a que las células de las plantas son transductoras de energía luminosa, la cual es absorbida por sus pigmentos clorofílicos y transformada en energía química (reacción sintética de fotosíntesis). Por consiguiente, junto con la energía radiante, la clorofila de las plantas, el agua y bióxido de carbono, las células vegetales producen moléculas de alimentos (hidratos de carbono, grasas y proteínas) que poseen energía potencial química. Esta energía se almacena en un estado molecular fosforilado de alta energía, conocido como adenosina de trifosfato o adenosina trifosfatada (ATP). Dicho compuesto se encuentra en todas las células de origen animal y en las plantas. El ATP posee la función importante de reservorio de energía. Cada uno de los enlaces energetógenos de sus fosfatos es capaz de liberar gran cantidad de energía (aproximadamente 8,000 por molecula-gramo en condiciones normales). Al desdoblarse una molécula de trifosfato de adenosina, se libera suficiente energía para los procesos bioquímicos del cuerpo. A nivel vegetal, la energía derivada de la hidrólisis (degradamiento o desdoblamiento) del ATP se utilizará eventualmente para reducir el bióxido de carbono a glucosa, la cual se almacena en la forma de almidon (un hidrato de carbono complejo o polisacárido) y celulosa (o fibra).

        Los animales (y seres humanos) dependen de las plantas y otros animales para poder producir su propia energía, la cual se forma mediante la degradación de los nutrimentos (hidratos de carbono, proteínas y grasas) en la célula con la presencia de oxígeno; dicho proceso se conoce como respiración celular (o metabolismo), y tiene el objetivo de proveer energía para el crecimiento, contracción del músculo, transporte de compuestos y líquidos y para otras funciones del organismo.

        Segun lo discutido previamente, a diferencia de las células vegetales, las células del cuerpo humano dependerá del consumo de los alimentos de origen vegetal o animal para poder sintetizar el ATP. En otras palabras, el ser humano necesita ingerir alimentos que posean nutrimentos energéticos (e.g., hidratos de carbono, grasas y proteínas) para la producción de energía química (potencial) en la forma de ATP. Este proceso se lleva a cabo mediante reacciones oxidativas-enzimáticas de dichos combustibles metabólicos. Al desdoblarse una molécula de trisfosfato de adenosina, se libera energía util canalizada hacia la generación de las reacciones químicas a nivel celular. No obstante, el combustible energético preferido del organismo es el hidrato de carbono (particularmente la glucosa). Los hidratos de carbono son también muy importantes para los deportistas o personas activas físicamente.

        Como resultado de estas reacciones, el ATP se halla disponible para las células del cuerpo, de manera que se pueda sumisnistrar la energía que se necesita para el trabajo biológico del individuo. En el proceso, el ATP es hidrolizado a difosfato de adenosina (ADP). La refosforilación del ADP (síntesis del ATP a partir de una molécula de fosfato, ADP y energía) se puede efectuar a través de la energía liberada por la oxidación de las sustancias nutricias dispuestas en los alimentos que se ingieren. Durante dicha reacción, el ADP se convierte en un aceptor de fosfato y el ATP en un donador que, junto a una fuente de energía, se sintetiza la molécula de ATP.

Transformaciones Biológicas de la Energía

       El constante flujo de energía que ocurre dentro de las células de los seres vivos se conoce como transformaciones biolgicas de la energía. Los cambios entre las diferentes formas de energía se fundamentan en los principios (o leyes) de termodinamica. La primera ley de termodinamica (ley de la conservación de energia) postula que la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma de una forma a otra. Esto quiere decir que la enregía no se pierde, pero si se puede transformar de una estado a otro. La segunda ley de termodinámica nos indica que como resultado de las transformaciones/conversiones de energía, el universo y sus componente (i.e., los sistemas vivientes) se encuentran en un alto estado de alteración/disturbio (llamado entropía). Esto implica que los cambios energéticos en los sistemas vivientes tienden a ir desde un estado alto de energía a un estado bajo de energía.
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