Fuentes de Energía: Sustratos Energéticos

El cuerpo humano y en especial sus células, necesitas energía para realizar sus diferentes funciones. El ATP es la moneda de cambio para todos los procesos celulares pero la cantidad que somos capaces de acumular es muy escasa. En cambio podemos guardar otros sustratos energéticos para posteriormente sintetizar ATP y ser utilizada en forma de energía. Estos sustratos son las grasas, carbohidratos y proteínas. En este poste hablaremos más en profundidad sobre ello.

Todos los alimentos están formados de carbono, hidrógeno y oxígeno. En el caso de las proteínas tienen además nitrógeno. Los enlaces celulares de los alimentos son relativamente débiles y proporcionan poca energía cuando se rompen. Por lo tanto, los alimentos como tal no se utilizan directamente para los procesos metabólicos celulares. Estos alimentos liberan la energía de sus enlaces dentro de nuestras células, almacenándose en un compuesto altamente energéticos denominado adenosín trifostato o ATP. El ATP va a ser la moneda de cambio para todos los procesos que nuestras células deban realizar.

La cantidad de ATP que nuestras células pueden almacenar es relativamente pequeña. Debemos saber que la célula debe tener siempre disponibilidad de ATP. Si una célula sin queda sin ATP morirá. 

Es por ello por lo que el cuerpo es capaz de almacenar cierta cantidad de hidratos de carbono, grasas y proteínas para utilizarlos como fuente de energía cuando las células lo requieran.

A continuación, veremos más en profundidad:

• ATP
• Hidratos de Carbono
• Grasas
• Proteínas

Adenosín Trifosfato (ATP)

El ATP es una molécula esencial para la vida. Es una molécula compleja compuesta por adenina, un grupo de azúcar (ribosa) y tres grupos fosfato. Esta combinación de componentes le da al ATP la capacidad de almacenar y liberar energía, lo que lo hace vital para la mayoría de los procesos biológicos.

El ATP es producido en la mitocondria de las células a través de un proceso llamado fosforilación oxidativa. Durante este proceso, los nutrientes que consumimos, como los carbohidratos, las grasas y proteínas son oxidados a través del oxígeno para producir ATP. La energía que se libera durante este proceso se utiliza para llevar a cabo una variedad de funciones celulares, desde la contracción muscular hasta la síntesis de proteínas y la división celular. El ATP también puede producirse sin presencia de oxígeno a través de un proceso llamado como glicólisis citosólica a través de los hidratos de carbono como fuente de energía.

El ATP es importante porque es una fuente de energía altamente portable que puede ser liberada en una variedad de situaciones. Cada vez que se rompe uno de los enlaces fosfato en la molécula de ATP, se libera energía. Esta liberación de energía es la que se utiliza para realizar tareas celulares. La molécula resultante, el ADP (Adenosín Difosfato), puede ser convertida nuevamente en ATP a través de un proceso llamado fosforilación.

Además de ser una fuente de energía, el ATP también juega un papel importante en la señalización celular. Muchos procesos celulares dependen de la presencia o ausencia de ATP para llevarse a cabo. Por ejemplo, la liberación de neurotransmisores depende de la presencia de ATP. Los cambios en los niveles de ATP en una célula pueden inducir una respuesta en la célula vecina, lo que conduce a una amplia variedad de respuestas celulares, incluidas la contracción muscular y la división celular.

Además, el ATP es un compuesto muy estable y no se degrada fácilmente en un ambiente celular. Esto significa que puede almacenarse y transportarse fácilmente dentro y fuera de las células, lo que lo hace ideal como fuente de energía para los seres vivos.

Hidratos de Carbono

Los hidratos de carbono representan el sustrato energético principal para deportistas de alto rendimiento y ejercicios de alta intensidad en humanos. 

Los carbohidratos los ingerimos de nuestra dieta y estos son reducidos a hidratos de carbono simples como la glucosa en última estancia (su estructura química tiene 6 carbonos y es más simple y manejable para las células). Cuando estamos hablando de sistemas energéticos y metabolismo, debemos tener en cuenta que la energía va a ser aportada al romper los enlaces de carbono de los sustratos (de ahí su importancia), por lo que una molécula con más número de carbonos (como por ejemplo un ácido graso, ácido oleico con 18 carbonos), nos va a aportar más energía que una molécula que solo posee 6 carbonos. Además, la molécula más grande necesitará más tiempo para ser reducida. 1 gramo de carbohidratos nos va a aportar 4 kcal.

Los hidratos de carbono simples convertidos durante la digestión, pueden tener diferentes destinos en nuestro organismo:

• Uno de ellos es ir al hígado y convertirse en glucógeno (forma que tienen los hidratos de carbono de acumularse en el cuerpo. En este caso es un polisacárido) para ser utilizado posteriormente por ejemplo en periodos de ayuno o durante el ejercicio. Se guarda dentro de las células en su citoplasma (sopa de la célula donde están todos los orgánulos) hasta que las células lo necesiten.
• Un segundo destino puede ser ese músculo que ha estado trabajando durante el ejercicio y necesita recuperar sus reservas energéticas. Recargándose, una vez más en forma de glucógeno.
• El tercero es una cantidad residual en sangre para su estado de equilibrio del organismo y diferentes sistemas que lo requieran como el cerebro.

Es muy importante comprender que las reservas de hidratos de carbono del cuerpo humano son muy limitadas. De promedio, y atendiendo a que tengamos las reservas de hidratos de carbono altas, unas 1800-2400 kcal en total entre glucógeno hepático, muscular e hidratos de carbono en sangre. Ello depende principalmente de cada sujeto. 

Las variables más importantes es la masa muscular del sujeto, tamaño del hígado y dieta.

Grasas

Las grasas son otro macronutriente que desempeñan varias funciones importantes en el cuerpo, incluyendo:

• Fuente de energía: las grasas son una fuente densa de energía y pueden ser usadas por el cuerpo como combustible durante el ejercicio de baja a moderada intensidad.
• Absorción de vitaminas: las grasas son necesarias para la absorción de vitaminas solubles en grasas.
• Control de la temperatura corporal: las grasas cumplen la función además de control de la temperatura corporal.
• Producción de hormonas: las grasas son necesarias para la producción de hormonas, como los esteroides y los ácidos grasos esenciales.

Atendido a la cantidad de grasas que podemos tener en el cuerpo. En comparación con los hidratos de carbono, la cantidad de grasa es mucho mayor. Recordamos que podíamos guardar una reserva de unas 2000 kcal más o menos de carbohidrato. En cambio, cuando hablamos de grasa, la cantidad que podemos llegar a guardar es infinita.

Un ejemplo claro de ello sería para una mujer de 60 kg con 15% de grasas corporal. Estaríamos hablando de 9kg de grasa. 9kg lo pasamos a gramos multiplicando por 1000= 9000 gramos y ahora por 9Kcal que tiene cada gramo de grasa. 81000 Kcal tendría esta mujer atendiendo solo a su reserva de grasa.

Las grasas son mucho menos accesibles en el metabolismo que los carbohidratos debido a que se guardan en forma de triglicéridos (tres ácidos grasos conectados a un glicerol). Para metabolizarlas primero deben separarse en ácidos grasos libres y glicerol. Solo estos son usados para producir ATP. 

1 gramos de grasas equivale a 9 Kcal.

Las grasas pueden acumularse en diferentes compartimentos en los seres humanos:

Por otro lado, podemos encontrar diferentes tipos de tejidos adiposos comprobando las funciones que cumplen. El tejido adiposo se divide en dos tipos: blanco y marrón. El tejido adiposo blanco es el más común y su función principal es almacenar energía en forma de grasa. El tejido adiposo marrón, también conocido como tejido adiposo pardo, es menos común y su función principal es generar calora través del metabolismo de la grasa.

Proteínas

Las proteínas son un nutriente esencial en nuestra dieta que desempeña un papel importante en la fisiología humana. Aunque son mejor conocidas por su función estructural en el cuerpo, también pueden ser utilizadas como fuente de energía durante el metabolismo celular.

El cuerpo humano utiliza diferentes tipos de nutrientes, como carbohidratos, grasas y proteínas, para producir energía tal y como hemos visto anteriormente. La cantidad y la proporción de cada uno de estos nutrientes que se utilizan como fuente de energía dependen de varios factores, incluyendo la cantidad y la intensidad del ejercicio, la ingesta calórica y la disponibilidad de los nutrientes en el cuerpo.

Las proteínas son una importante fuente de energía en momentos de necesidad, especialmente cuando los niveles de carbohidratos y grasas son bajos. Durante la digestión, las proteínas se descomponen en aminoácidos, que luego son convertidos en glucosa o ácidos grasos a través de procesos metabólicos. La glucosa producida a partir de proteínas es utilizada como fuente de energía por las células del cuerpo, especialmente durante el ejercicio intenso o en momentos de ayuno.

Los aminoácidos son los ladrillos de construcción de las proteínas. Hay 20 tipos diferentes de aminoácidos que se combinan de diferentes maneras para formar proteínas únicas. Estos 20 aminoácidos se dividen en tres categorías: 

• Aminoácidos esenciales: los aminoácidos esenciales no pueden ser producidos por el cuerpo humano y deben ser obtenidos a través de la dieta. 9 son los aminoácidos esenciales: histidina, isoleucina, leucina, lisina, metionina, fenilalanina, treonina, triptófano, y valina.
• Aminoácidos no esenciales: los no esenciales pueden ser producidos por el cuerpo. 11 son los aminoácidos no esenciales: alanina, arginina, asparagina, ácido aspártico, cisteína, ácido glutámico, glutamina, glicina, prolina, serina, tirosina.
• Aminoácidos condicionalmente esenciales: normalmente no lo son, pero en situaciones de estrés o enfermedad, pueden convertirse en esenciales. En este grupo encontramos 8 aminoácidos: arginina, cisterna, glutamine, tirosina, glicina, ornitina, prolina y serina.

Cuando los niveles de carbohidratos y grasas son insuficientes, el cuerpo puede utilizar las proteínas para producir energía a través de un proceso conocido como gluco-neogénesis. Durante la gluco-neogénesis, los aminoácidos son convertidos en glucosa, que luego es utilizado como fuente de energía por las células. En cambio, la lipogénesis consiste en convertir los aminoácidos entre otros sustratos, a ácidos grasos.

Sin embargo, es importante destacar que la utilización de proteínas como fuente de energía debe ser limitada, ya que esto puede tener efectos negativos en el cuerpo. El uso excesivo de proteínas como fuente de energía puede llevar a la pérdida de masa muscular, a una disminución en la función renal y a una reducción en la capacidad del cuerpo para sintetizar proteínas. Disciplinas con una alta carga aeróbica alargada en el tiempo, donde se dan las circunstancias anteriormente descritas, son las diciplinas deportivas donde se puede llegar a utilizar las proteínas como fuente de energía de manera significativa. Un ejemplo de ello serían las maratones, ultra maratones, tiradas de ciclismo largas…

Las proteínas pueden aportar entre el 5-10% de la energía necesaria para mantener el ejercicio de manera prolongado. Debemos tener claro que únicamente los aminoácidos pueden usarse para producir energía. 1 gramo de proteína genera alrededor de 4.1 Kcal.

Los carbohidratos y las grasas deben ser los principales nutrientes utilizados como fuente de energía durante el metabolismo celular, mientras que las proteínas deben ser utilizadas principalmente para su función estructural en el cuerpo y para la síntesis de nuevas proteínas.