Creado por: CK-12/Adaptado por Christine Miller

Estos hermosos perros de trineo son una maravilla metabólica. Mientras corren hasta 160 kilómetros (aproximadamente 99 millas) al día, cada uno consumirá y quemará aproximadamente 12 mil calorías, aproximadamente 240 calorías por libra por día, ¡lo que equivale a aproximadamente 24 Big Macs! Un atleta de resistencia humana, por el contrario, normalmente quema solo alrededor de 100 calorías por libra (0,45 kg) cada día. Los científicos están intrigados por el increíble metabolismo de los perros de trineo, aunque todavía no han determinado cómo consumen tanta energía. Pero una cosa es cierta: todos los seres vivos necesitan energía para todo lo que hacen, ya sea correr una carrera o parpadear. De hecho, cada célula de tu cuerpo necesita energía constantemente solo para llevar a cabo los procesos básicos de la vida. Probablemente sepas que obtienes energía de los alimentos que comes, pero ¿de dónde vienen los alimentos? ¿Cómo llega a contener energía? ¿Y cómo obtienen sus células la energía de los alimentos?

En el mundo científico, la energía se define como la capacidad de hacer trabajo. A menudo se puede ver la energía trabajando en los seres vivos: un pájaro vuela por el aire, una luciérnaga brilla en la oscuridad, un perro mueve la cola. Estas son formas obvias en que los seres vivos usan energía, pero los seres vivos también usan energía constantemente de maneras menos obvias.

Dentro de cada célula de todos los seres vivos, se necesita energía para llevar a cabo procesos de vida. Se requiere energía para descomponer y acumular moléculas, y para transportar muchas moléculas a través de las membranas plasmáticas. Todo el trabajo de la vida necesita energía. También se pierde una gran cantidad de energía para el medio ambiente en forma de calor. La historia de la vida es una historia de flujo de energía: su captura, su cambio de forma, su uso para el trabajo y su pérdida como calor. La energía (a diferencia de la materia) no se puede reciclar, por lo que los organismos requieren un aporte constante de energía. La vida funciona con energía química. ¿De dónde obtienen los organismos vivos esta energía química?

La energía química que necesitan los organismos proviene de los alimentos. Los alimentos consisten en moléculas orgánicas que almacenan energía en sus enlaces químicos. En cuanto a la obtención de alimentos para obtener energía, hay dos tipos de organismos: autótrofos y heterótrofos.

Autótrofos

Los autótrofos son organismos que capturan energía de fuentes no vivas y transfieren esa energía a la parte viva del ecosistema. También pueden hacer su propia comida. La mayoría de los autótrofos utilizan la energía de la luz solar para producir alimentos en el proceso de fotosíntesis. Solo ciertos organismos, como las plantas, las algas y algunas bacterias, pueden producir alimentos a través de la fotosíntesis. En la figura 4.9.2 se muestran algunos organismos fotosintéticos.

	Figura 4.9.2 Los autótrofos fotosintéticos, que producen alimentos utilizando la energía de la luz solar, incluyen plantas (izquierda), algas (centro) y ciertas bacterias (derecha).

Los autótrofos también se llaman productores. Producen alimentos no solo para sí mismos, sino también para todos los demás seres vivos (conocidos como consumidores). Por esta razón, los autótrofos constituyen la base de las cadenas alimentarias, como la cadena alimentaria que se muestra en la figura 4.9.3.

Vea el video «La historia simple de la fotosíntesis y la comida – Amanda Ooten» de TED-Ed para obtener más información sobre la fotosíntesis:

La historia simple de la fotosíntesis y la comida – Amanda Ooten, TED-Ed, 2013.

Heterótrofos

Los heterótrofos son seres vivos que no pueden hacer su propia comida. En cambio, obtienen su comida consumiendo otros organismos, por lo que también se les llama consumidores. Pueden consumir autótrofos u otros heterótrofos. Los heterótrofos incluyen a todos los animales y hongos, así como a muchos organismos unicelulares. En La Figura 4.9.3, todos los organismos son consumidores, excepto los pastos y el fitoplancton. ¿Qué crees que les pasaría a los consumidores si todos los productores desaparecieran de la Tierra?

Los organismos utilizan principalmente dos tipos de moléculas para la energía química: glucosa y ATP. Ambas moléculas se utilizan como combustibles en todo el mundo viviente. Ambas moléculas también son actores clave en el proceso de fotosíntesis.

Glucosa

La glucosa es un carbohidrato simple con la fórmula química C6H12O6. Almacena energía química en forma concentrada y estable. En su cuerpo, la glucosa es la forma de energía que se transporta en su sangre y que es absorbida por cada uno de sus billones de células. La glucosa es el producto final de la fotosíntesis, y es el alimento casi universal para la vida. En la Figura 4.9.4, se puede ver cómo la fotosíntesis almacena energía del sol en la molécula de glucosa y luego cómo la respiración celular rompe los enlaces en la glucosa para recuperar la energía.

ATP

Si recuerda de la sección 3.7 Ácidos nucleicos, ATP (trifosfato de adenosina) es la molécula portadora de energía que las células usan para alimentar la mayoría de los procesos celulares (la conducción de impulsos nerviosos, la síntesis de proteínas y el transporte activo son buenos ejemplos de procesos celulares que dependen del ATP como fuente de energía). El ATP se produce durante la primera mitad de la fotosíntesis y luego se utiliza para obtener energía durante la segunda mitad de la fotosíntesis, cuando se produce glucosa. El ATP libera energía cuando abandona uno de sus tres grupos fosfato (Pi) y cambia a ADP (difosfato de adenosina, que tiene dos grupos fosfato), como se muestra en la Figura 4.9.5. Por lo tanto, la descomposición del ATP en ADP + Pi es una reacción catabólica que libera energía (exotérmica). El ATP está hecho de la combinación de ADP y Pi, una reacción anabólica que absorbe energía (endotérmica).

¿Por qué los organismos necesitan tanto glucosa como ATP

¿Por qué los seres vivos necesitan glucosa si el ATP es la molécula que las células utilizan para obtener energía? ¿Por qué los autótrofos no hacen ATP y terminan con él? La respuesta está en el » embalaje.»Una molécula de glucosa contiene más energía química en un «paquete» más pequeño que una molécula de ATP. La glucosa también es más estable que el ATP. Por lo tanto, la glucosa es mejor para almacenar y transportar energía. La glucosa, sin embargo, es demasiado poderosa para que las células la usen. El ATP, por otro lado, contiene la cantidad justa de energía para alimentar los procesos de vida dentro de las células. Por estas razones, tanto la glucosa como el ATP son necesarios para los seres vivos.

El flujo de energía a través de los organismos vivos comienza con la fotosíntesis. Este proceso almacena la energía de la luz solar en los enlaces químicos de la glucosa. Al romper los enlaces químicos de la glucosa, las células liberan la energía almacenada y producen el ATP que necesitan. El proceso en el que se descompone la glucosa y se produce ATP se llama respiración celular.

La fotosíntesis y la respiración celular son como dos caras de la misma moneda. Esto se observa en la figura 4.9.6. Los productos de un proceso son los reactivos del otro. Juntos, los dos procesos almacenan y liberan energía en organismos vivos. Los dos procesos también trabajan juntos para reciclar el oxígeno en la atmósfera de la Tierra.