Equilibrio orgánico. Parte I

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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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