Reacciones químicas en el cuerpo humano

Las reacciones químicas en el cuerpo humano son las transformaciones de sustancias que ocurren sin pausa en nuestras células y órganos para obtener energía, construir tejidos, digerir los alimentos y eliminar desechos. La respiración celular, la digestión enzimática, la neutralización del ácido del estómago o la síntesis de proteínas son algunos ejemplos. Todas ellas forman en conjunto el metabolismo y casi todas dependen de enzimas que las aceleran a la temperatura corporal.

¿Qué son las reacciones químicas del cuerpo humano?

Una reacción química es un proceso en el que unas sustancias, los reactivos, se transforman en otras distintas, los productos, mediante la ruptura y formación de enlaces. En el organismo estas reacciones siguen las mismas leyes que en un laboratorio, pero con condiciones muy particulares: transcurren en medio acuoso, a unos 37 °C, a un pH casi constante y a gran velocidad gracias a las enzimas, proteínas que actúan como catalizadores. A diferencia de las reacciones químicas de la vida cotidiana, como la combustión de un fogón o la oxidación de un clavo, las del cuerpo están encadenadas en rutas muy reguladas, donde el producto de una reacción es el reactivo de la siguiente.

El conjunto de todas ellas se llama metabolismo. Se calcula que una célula humana lleva a cabo miles de reacciones distintas, organizadas en rutas metabólicas que se comunican entre sí.

Características

• Están catalizadas por enzimas: sin ellas, muchas reacciones serían tan lentas que la vida no sería posible. Cada enzima suele actuar sobre un sustrato concreto, como se ve en los ejemplos de enzimas y su función.
• Ocurren por etapas: la energía de la glucosa no se libera de golpe, como en una llama, sino poco a poco, en decenas de pasos.
• Están acopladas: las reacciones que liberan energía (exergónicas) impulsan a las que la necesitan (endergónicas), casi siempre a través del ATP.
• Son reguladas: hormonas y señales celulares las activan o frenan según las necesidades del organismo.
• Dependen del pH y la temperatura: cada enzima trabaja mejor en un intervalo; la pepsina del estómago, por ejemplo, actúa en medio muy ácido.

Tipos de reacciones en el organismo

Principales reacciones químicas del cuerpo humano

Respiración celular

Es la reacción central para obtener energía. En las células, y sobre todo en las mitocondrias, la glucosa se oxida con el oxígeno que llega a través de la sangre. La ecuación global es:

C₆H₁₂O₆ + 6 O₂ → 6 CO₂ + 6 H₂O + energía

Comienza con la glucólisis en el citoplasma, continúa con el ciclo de Krebs y termina en la cadena respiratoria, donde se forma la mayor parte del ATP: las estimaciones actuales hablan de unas 30 a 32 moléculas de ATP por cada glucosa. Parte de la energía se pierde como calor, que contribuye a mantener la temperatura corporal. Este proceso se describe con detalle en la respiración aerobia.

Fermentación láctica en el músculo

Cuando el músculo trabaja con intensidad y el oxígeno no llega a tiempo, las fibras transforman el piruvato de la glucólisis en lactato. En conjunto, C₆H₁₂O₆ → 2 C₃H₅O₃⁻ + 2 H⁺. Rinde mucho menos ATP, pero permite seguir obteniendo energía unos instantes. El lactato no es un simple desecho: el hígado puede reconvertirlo en glucosa.

Hidrólisis de ATP

El ATP es la «moneda energética» de la célula. Al romperse uno de sus enlaces fosfato con agua, ATP + H₂O → ADP + Pᵢ, se liberan unos 30,5 kJ/mol en condiciones estándar, energía que se emplea en la contracción muscular, el transporte a través de membranas o la síntesis de moléculas.

Digestión enzimática

La digestión química consiste sobre todo en hidrólisis: las enzimas rompen los alimentos en piezas que el intestino puede absorber.

• La amilasa de la saliva y del páncreas rompe el almidón en maltosa y otros azúcares cortos.
• La pepsina del estómago y la tripsina del páncreas cortan las proteínas en péptidos, que otras enzimas reducen a aminoácidos.
• Las lipasas, ayudadas por la bilis que emulsiona las grasas, separan los triglicéridos en ácidos grasos y monoglicéridos.

Ácido gástrico y su neutralización

Las células parietales del estómago segregan ácido clorhídrico (HCl), que deja el contenido gástrico con un pH muy bajo, aproximadamente entre 1,5 y 3,5. Esa acidez desnaturaliza las proteínas de los alimentos, activa el pepsinógeno y elimina muchos microorganismos. Cuando el quimo pasa al intestino delgado, el páncreas libera bicarbonato, que neutraliza el ácido en una reacción ácido-base:

HCl + NaHCO₃ → NaCl + H₂O + CO₂

Así el pH sube y las enzimas pancreáticas pueden trabajar. Una reacción del mismo tipo es la que se produce al tomar un antiácido, aunque su uso debe seguir siempre las indicaciones de un profesional sanitario.

Tampón del bicarbonato en la sangre

El pH de la sangre se mantiene en un intervalo muy estrecho, entre 7,35 y 7,45. Lo consigue en buena parte gracias al equilibrio CO₂ + H₂O ⇌ H₂CO₃ ⇌ H⁺ + HCO₃⁻, que la enzima anhidrasa carbónica acelera enormemente. Si hay exceso de ácido, el bicarbonato capta los protones y el CO₂ resultante se expulsa al respirar.

Síntesis de proteínas

Los ribosomas unen aminoácidos siguiendo las instrucciones del ARN mensajero, copiado previamente del ADN. Cada unión es una reacción de condensación: el grupo carboxilo de un aminoácido reacciona con el grupo amino del siguiente y se forma un enlace peptídico, con liberación de una molécula de agua. Es un proceso anabólico que consume mucha energía.

Otras reacciones destacadas

• Formación de urea en el hígado: el amoníaco, tóxico, procedente de los aminoácidos se convierte en urea, que se elimina por la orina.
• Descomposición del peróxido de hidrógeno por la catalasa: 2 H₂O₂ → 2 H₂O + O₂, una defensa frente a este subproducto oxidante.
• Síntesis de vitamina D: en la piel, la radiación ultravioleta B transforma el 7-dehidrocolesterol en previtamina D₃. Es una de las pocas reacciones fotoquímicas del cuerpo humano.
• Síntesis de glucógeno: el hígado y los músculos almacenan glucosa uniéndola en largas cadenas ramificadas.

Importancia de las reacciones químicas del cuerpo

Estas reacciones explican fenómenos cotidianos: por qué respiramos más deprisa al correr, por qué sentimos calor al hacer ejercicio, por qué necesitamos comer o por qué la sangre mantiene un pH estable. Su estudio corresponde a la bioquímica y la fisiología, y es la base de la medicina, la nutrición y la farmacología: muchos medicamentos actúan inhibiendo o activando una enzima concreta, y numerosas enfermedades hereditarias se deben a una enzima que no funciona. Este artículo tiene carácter divulgativo y no sustituye la consulta con profesionales sanitarios.

Ejercicios resueltos

Preguntas frecuentes

Referencias

• Nelson, D. L. y Cox, M. M. Lehninger. Principios de bioquímica. Omega.
• Berg, J. M., Tymoczko, J. L. y Stryer, L. Bioquímica. Reverté.
• Hall, J. E. Guyton y Hall. Tratado de fisiología médica. Elsevier.