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EQUILIBRIO
ORGÁNICO.
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En el período establecido entre las dos guerras
mundiales, cuando comenzó a comprenderse el proceso que rige las reacciones químicas
que operan en el organismo, los bioquímicos creyeron que una célula viva era
solo una bolsa llena de enzimas, cada una de las cuales controlaba una única
reacción química, con las sustancias de las células fluctuado libremente,
buscando su camino de una enzima a la siguiente, a lo largo de la cadena de
reacciones. Esto los llevo a pensar que si lograban reconocer una parte
sustancial de la secuencia de reacciones químicas que tienen lugar en el
organismo, los secretos de la vida podrían ser totalmente esclarecidos.
Sin embargo, después de la finalización de la segunda
guerra mundial, nuevas investigaciones demostraron que una célula, lejos de ser
una bolsa llena de proteínas disueltas, es en realidad una fabrica química
tridimensional, altamente organizada. La mayor parte de sus enzimas están
dispuestas en bloques, como en las líneas de montaje de una fabrica, y cada
tipo de bloque tiene su propia arquitectura molecular, y brinda su contribución
particular a la "economía" de la célula. El núcleo, por ejemplo, se
encarga del almacenamiento y de la transmisión de la información hereditaria,
contenida en las moléculas de ADN. Las
mitocondrias son partículas menores, unidas a las enzimas, que realizan la
oxidación de las sustancias alimenticias.
Los ribosomas (partículas celulares más pequeñas) son
las herramientas que construyen las moléculas de proteínas.
Desde 1950, el estudio de las partículas celulares
permitió descubrir que la célula es semejante a una complicada maquinaria, en
la que cada elemento constitutivo contribuye con algo para beneficiar a todos
los demás, pero, al mismo tiempo, depende de los productos de ellos para
sobrevivir. Incluso este modelo resulta incompleto: tiene que haber un sistema
de control. El desgaste, las emergencias, las fallas, son factores que requieren
un equipo gerencial muy capacitado.
Las enzimas, las membranas y las partículas celulares
son muy frágiles, y pueden ser destruidas fácilmente por pequeños aumentos de
la temperatura y por distintos tipos de modificaciones operados en su medio químico.
Sin embargo, el cuerpo humano, que esta formado en buena parte por estas mismas
enzimas, membranas y partículas, puede sobrevivir con su bioquímica prácticamente
intacta, a veces durante mas de cien años.
Los seres vivos pueden sobrevivir a duras pruebas porque
están provistos de abundantes mecanismos reguladores, que mantienen el
equilibrio interno del organismo. Algunos de los mecanismos de autorregulación
más simples son obvios: cuando sentimos frío, producimos calor por medio de
temblores; cuando nos falta combustible químico, sentimos hambre y comemos para
restaurar esa deficiencia.
La comprensión de los controles químicos del cuerpo se
ha visto muy favorecida, después de la segunda guerra mundial, por el
desarrollo alcanzado por la cibernética, ciencia del control y la comunicación.
Los principios de la cibernética se aplican a cualquier
tipo de sistema organizado para resolver sus problemas, entre esos sistemas y
problemas pueden incluirse los de la biología.
La idea básica de la cibernética es la de la
realimentación negativa (feedback), ejemplificado por el control automático de
una maquina de vapor; cuando la velocidad de la maquina va mas allá del nivel
deseado, el sistema de control reduce el suministro de vapor a los émbolos, y
la velocidad disminuye. Otra idea de la cibernética, que también es útil para
la bioquímica, es la de "noción de fases de limitación de la
velocidad". Las enzimas difieren profundamente en sus poderes catalíticos,
y si la secuencia de las reacciones químicas necesita ser controlada, esto se
puede hacer modificando la tasa catalítica de la enzima mas lenta. De nada
serviría controlar a una enzima mas rápida: aun reduciendo drásticamente su
ritmo individual de trabajo, no se alteraría el ritmo del flujo de material a
lo largo de la secuencia.
Que pasa cuando fallan los mecanismos:
Veremos como logra mantener su equilibrio químico el
organismo.
Por ejemplo: ¿cómo controla la producción de energía?.
El tránsito de la energía a través de la célula se
hace por medio de una pequeña molécula, llamada ATP (trifosfato de adenosina).
La producción de esta molécula sucede por la oxidación
de las sustancias alimenticias, en la mitocondria.
Casi todos los procesos que requieren energía son
propulsados por el desdoblamiento de las moléculas de ATP en AD y fosfato.
El principal problema es que estas moléculas no pueden
ser almacenadas; por lo tanto, la producción de atp debe estar íntimamente
relacionada con las necesidades de esa molécula.
Aquí funciona un sistema directo de realimentación: si
el suministro de fosfato y de difosfato de adenosina (que constituyen la molécula
de ATP) es bajo, la oxidación se reduce dentro de la mitocondria, en virtud de
la estrecha relación molecular que existe entre la oxidación y la producción
de atp. El proceso a través del cual se forman los fosfatos de alta energía
atp y CP(fosfato de creatina), se denomina fosforilación oxidativa. En el corazón,
por ejemplo, se cree, que directa o indirectamente, es la ruptura de las
ligaduras de alta energía -esencialmente de ATP/CP- la que proporciona energía
a las proteínas contractiles del corazón -actina y miosina- actuando sobre ese
órgano. Un segundo campo del metabolismo celular, cuyo estudio se ha visto muy
beneficiado por la cibernética, es la biosintesis -la producción de grasas,
almidones y proteínas- y el aislamiento de materiales simples absorbidos por el
organismo a partir de los alimentos digeridos. Las células transforman estos
materiales simples en sustancias complejas, mediante una larga serie de
reacciones provocadas y controladas por las enzimas. Siempre que el producto
final de una de estas líneas de producción se acumula, la secuencia de
reacciones se opera a un ritmo mas lento, de forma tal de conservar las materias
primas. Este mecanismo significa una economía del esfuerzo metabólico, y se
puede verificar en todos los organismos vivos.
Un mecanismo de control aun más ingenioso fue
descubierto a principios del '60 por dos científicos franceses: muchas
bacterias, ante la falta de una enzima capaz de actuar sobre una determinada
sustancia encontrada por ellas, empiezan a producir tal enzima. Este mecanismo
se traduce en una considerable economía en la producción de proteínas(las
enzimas son proteínas), porque permite a las células limitarse a fabricar las
enzimas necesarias en un determinado momento.
Además de estos tres tipos de realimentación que ayudan
a regular la química de la célula, probablemente existan otros que aun no
conocemos, pero que son previsibles, como el control que se allá implícito en
la arquitectura de la célula, por ejemplo.
Las partículas de la célula contienen, cada una, sus
enzimas características, y la mayoría de ellas están envueltas por membranas
que ejercen un riguroso control sobre las moléculas que las atraviesan.
La membrana de la mitocondria, por ejemplo, tiene un apetito especial por
el calcio, aunque las razones que motiven este hecho aun no se comprendan muy
bien. Se sabe, sin embargo, que el calcio, a través de un complejo mecanismo,
actúa en el fenómeno doble de excitación: contracción celular. La membrana
que rodea toda la célula desempeña un importante papel en el mantenimiento del
equilibrio de los iones que hay en el cuerpo. En casi todas las especies
animales, esta membrana bombea potasio hacia el interior de la célula,
expulsando al mismo tiempo sodio. De este modo, la célula contiene mucho
potasio y poco sodio, mientras que los fluidos que llegan a ella -la corriente
sanguínea y el fluido extracelular- son ricos en sodio y pobres en potasio. Si
no se conserva este equilibrio, la célula muere en poco tiempo. El organismo en
conjunto cuenta con diversos mecanismos que están siempre listos para corregir
cualquier desviación. El hambre y la sed aseguran el ingreso de minerales al
cuerpo, mientras que los riñones se encargan de eliminar las sustancias
indeseables. Su compleja actividad de filtrado esta regulada por varias
hormonas.
Hasta aquí, nos hemos ocupado de los mecanismos
autorreguladores que existen dentro de la célula. Ellos constituyen la base
sobre la que se apoyan todos los otros mecanismos del cuerpo y también el área
mas activa de las investigaciones bioquímicas actuales. Pero el organismo tiene
también medios de interconectar y de coordinar las actividades de las células.
El sistema nervioso cumple con la mayor parte de este trabajo, secundado por las
hormonas, que son los mensajeros químicos del cuerpo. Alrededor de cincuenta
hormonas circulan permanentemente en la corriente sanguínea. Los principios
cibernéticos de realimentación y de fases de limite de velocidad se aplican
también a los nervios y a las hormonas en forma análoga a como se hace en el
caso de las secuencias de la reacción celular. Sin embargo, como ocurre con los
métodos mecánicos de control, el sistema de fiscalización del organismo también
puede fallar. Muchas enfermedades son en realidad, desordenes en nuestros
mecanismos de control.
Algunos científicos creen que el cáncer aparece cuando
las células pierden la capacidad de limitar su propio crecimiento, al
desaparecer la realimentación. Incluso el envejecimiento puede tener una raíz semejante.
Tal vez la senilidad sea causada por la perdida creciente de la capacidad que
tiene el cuerpo para poder mantener su correcto equilibrio químico interno.
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