Existe una
confusión común entre la expresión nutrición y la expresión digestión, como si
estas dos palabras fueran sinónimas. La nutrición es un proceso mucho más
general, y representa la provisión a las células de todos los materiales
necesarios para llevar a cabo sus necesidades metabólicas, además del proceso metabólico
en sí, y la expulsión de los desechos generados por tales reacciones químicas (Banet
& Núñez, 1997).
Aunque la mayoría
de estas sustancias en los animales son proveídas a través de sus sistemas
digestivos, otros nutrientes como el oxígeno se deben obtener a través del
sistema de intercambio de gases. Más aun, dado que no todas las células se
encuentran cerca de las zonas de absorción de los nutrientes, se requiere del
sistema circulatorio para distribuir los nutrientes a las células más alejadas
del cuerpo. En las plantas la mayor parte de la nutrición ocurre en
independencia a un sistema digestivo, pues los materiales que se requieren se
absorben de la tierra o se obtienen como gases a través de los estomas.
De lo anterior
podemos decir que la digestión es un caso especial de la nutrición. Así, para
nuestros objetivos definiremos a la digestión como el proceso de degradación,
desglosamiento o descomposición de materia para poder absorberla e integrarla
al metabolismo (Goodenough
& McGuire, 2012; Kardong, 2011; Rhoades & Bell, 2013). De
esta manera podemos aislar tres momentos, el primero es el del rompimiento, el
segundo la absorción y el tercero es el metabolismo. Dado que el metabolismo ya
está siendo estudiado como un tema independiente a nivel celular enfocaremos
nuestros esfuerzos en esta serie de artículos para hablar de la degradación de
la materia y su absorción.
Digerir es la
capacidad de romper sustancias para transformarlas en otras con el objetivo de
integrarlas a una red de reacciones metabólicas. Por tal razón el proceso de
digestión se caracteriza por ser un proceso de degradación y también por ser un
proceso químico. Adicionalmente, en el estudio del proceso digestivo también
debemos tener
en cuenta los
procesos de absorción, es decir, los mecanismos que permiten que los nutrientes
una vez obtenidos por digestión atraviesen las membranas biológicas al interior
de tejidos y células (Desjardins,
Houde, & Gagnon, 2005).
Las reacciones químicas del metabolismo que caracterizan a la digestión son las reacciones catabólicas, aunque cuando hablamos de digestión generalmente haremos referencia a reacciones catabólicas que ocurren fuera de la célula “o más precisamente de su ambiente interno”. El origen de la vida debe tratar con este maravilloso problema, y es el de encontrar mecanismos que permiten a los sistemas prebióticos crecer en complejidad aprovechando la energía de entidades inorgánicas. Sin embargo, como veremos más adelante, la digestión puede realizarse en contextos independientes al de la nutrición celular, sin que esto vaya en contra de la definición que dimos en el primer párrafo del presente escrito.
Figura 2. La
digestión va más allá del sistema digestivo humano.
La digestión
puede ser empleada por el sistema circulatorio para activar la cascada de coagulación
proceso necesario para mantener la hemostasis “mantenimiento del ambiente
sanguíneo” y la homeostasis “mantenimiento del ambiente interno de un ser
vivo”. La cascada de coagulación depende de una batería de enzimas líticas
llamadas proteasas de serina que se cortan unas a otras activándose entre sí
para amplificar una señal bioquímica. Las proteasas de serina también son
importantes en el sistema digestivo humano (APPLEBAUM,
2013).
También puede ser empleada por el sistema inmune como un mecanismo para destruir o inclusive para identificar patógenos. En el sistema inmune los patógenos y otras sustancias extrañas son descompuestas mediante un proceso digestivo, luego algunas partes importantes son seleccionadas para presentarlas al resto del sistema inmune y dar las alarmas de invasión (Desjardins et al., 2005). Por lo anterior, aunque discutiremos la digestión en el contexto de la nutrición siempre hay que tener en mente que es un proceso que puede darse en el contexto de otros sistemas de órganos y funciones biológicas.
Figura 3. La
capacidad de descomponer sustancias mediante reacciones químicas es vital para
la vida ya que le permite transformar materiales de su ambiente para poder
crecer y proliferar.
La digestión
opera a dos niveles, uno mecánico y otro químico. Sin embargo, debido a que la
mayoría de los seres vivos son unicelulares o tienen una fuerte dependencia de
procesos no mecánicos enfocaremos la importancia de la digestión química sobre
la mecánica En otras palabras, una bacteria no tiene dientes o piezas duras
para apuñalar a su presa, aplastarla, molerla o cortarla, todos estos adjetivos
que la digestión mecánica. Las bacterias y la inmensa mayoría de las células de
vida libre “por no decir que las células de los seres vivos multicelulares”
digieren de manera química.
Figura 4. Las
serpientes no pueden usar sus dientes para realizar una digestión mecánica, por
lo que realiza dos operaciones de digestión química, la primera por medio del
veneno digiere desde adentro hacia afuera de la víctima. Esta digestión puede
operar mientras la victima aún no está en el interior de la serpiente y por eso
se la clasifica como externa. Posteriormente cuando la serpiente se come a la
víctima se realiza la digestión interna, donde las enzimas digestivas actuaran
desde afuera hacia adentro de la víctima.
La digestión
química es una serie de reacciones químicas en la que los componentes complejos
son descompuestos en otros más simples, que pueden ser manipulados por la
célula. Estas reacciones generalmente son oxidaciones “en el sentido orgánico
que romper moléculas grandes en otras más simples” mediadas por catalizadores
biológicos llamados enzimas.
Las enzimas que
se encargan de la digestión se denominan enzimas digestivas, y generalmente
poseen una función básica, cortar enlaces, aunque pueden existir otras como
aquellas que modifican la estructura “isomerasas”. Las proteínas digestivas
reciben el nombre de enzimas líticas (lisis significa corte o rompimiento), de
este modo las enzimas líticas se encargan del rompimiento de los nutrientes
complejos. Las enzimas líticas son segregadas en todo momento en que un ser
vivo desea descomponer algo, luego al estar descompuesto podrá absorberlo.
El proceso de
rompimiento enzimático por enzimas líticas bien puede ser denominado como el
núcleo fundamental del proceso de digestión, todos los procesos digestivos de
los seres vivos sin excepción requieren del uso de una batería de enzimas
líticas que degradan lo que desean consumir. Al mismo tiempo, la deficiencia de
estas enzimas puede causar casos de desnutrición muy grave. La cascada de
coagulación depende de una batería de enzimas líticas llamadas proteasas de
serina que se cortan unas a otras activándose entre sí para amplificar una
señal bioquímica. Las proteasas de serina también son importantes en el sistema
digestivo humano.
Un detalle final
con las enzimas líticas es que siempre presentan el riesgo de digerir al ser
vivo que las produce, por esta razón otra de las características de los
mecanismos digestivos de los seres vivos es el aislamiento, contención,
regulación y protección de las enzimas líticas para de digieran los nutrientes
y no a ellos mismos. Sin embargo, en ocasiones estos mecanismos de salvaguarda
fallan, y causan enfermedades, en los seres humanos dos ejemplos relacionados
al sistema digestivo son la ulcera o la gastritis, aunque otras patologías
relacionadas con la coagulación de la sangre o el sistema inmune están
relacionados al mal funcionamiento de las enzimas líticas.
La digestión
puede ser interna o externa. Una digestión interna es cuando el material a ser
digerido se ingiere y en una cavidad especializada se segregan las enzimas
líticas que rompen la sustancia en sus componentes constitutivos, los cuales
pueden ser absorbidos por las células. Una digestión externa es aquella en que
el material a ser digerido se encuentra afuera del ser vivo, por lo que este
segrega sus enzimas digestivas fuera de su cuerpo, la degradación toma lugar
fuera del cuerpo del ser vivo quien al final solo tiene que absorber sus
nutrientes.
Nosotros los
humanos nos alimentamos por digestión interna, por lo que tendemos a pasar por
alto la enorme importancia de la digestión externa. Por ejemplo, muchos
animales que cazan con venenos como las arañas o las serpientes digieren de
forma externa en su totalidad o casi totalidad respectivamente. ¿Cómo lo
hacen?, la respuesta es el veneno. El veneno contiene una batería de enzimas
líticas que degradan todo a su paso una vez ha sido inyectado. En el otro lado
del espectro uno esperaría los seres vivos unicelulares se alimenten
exclusivamente por digestión externa, pero seres vivos como la ameba pueden al
hacer endocitosis generar un fagosoma. El fagosoma es una cavidad interna de la
célula especializada en fusionarse con lisosomas los cuales contienen las
enzimas digestivas.
Trofos es el
sufijo empleado para referirse a la expresión “modo de alimentación o bocas,
depende del contexto”. Por ejemplo, un heterótrofo es un modo de alimentación
diferente o autótrofa que es un modo de alimentación autónomo. En base a los
prefijos y modos de alimentación podemos clasificar a los seres vivos en tres
rangos.
Serán aquellos
cuyo modo de alimentación se basa en cosas diferentes a sí mismos y que además
están vivas. Los seres humanos y la inmensa mayoría de los animales son
bio-heterótrofos, pero también algunos tipos de bacterias como aquellas que
causan la lepra. Las bacterias como Mycobacterium leprae se alimentan de seres vivos diferentes a ellos
mismos.
Son aquellos
seres vivos cuyo modo de alimentación se basa en cosas diferentes a ellos
mismos y que además son minerales y no están vivos. Se diferencian de los
autótrofos en el sentido de que tanto materia como energía están contenidas en
la roca y ellos simplemente explotan ambas cosas de ella.
Son aquellos que
se alimentan de manera empleando la luz “fotosíntesis”. Las cianobacterias como
muchos fotoautótrofos se encuentran libres de los minerales y crecen
literalmente en cualquier parte donde exista agua, luz y dióxido de carbono.
De todos los
modos de alimentación se presume que es el de los quimioheterótrofos es el más
antiguo debido a que en el modelo de origen de la vida originalmente las
sustancias biológicas eran minoría y debían integrar sustancias no biológicas
en sus procesos tal como hacen los quimiolitotrofos que significa comedores de
roca de forma química. Las fuentes hidrotermales son condiciones duras, pero
allí abundan los seres vivos que se alimentan de roca por una razón, el calor
de los volcanes favorece reacciones de reducción, es decir emiten compuestos
químicos reducidos que contienen grandes cantidades de energía que pueden ser
digeridos mediante reacciones de oxidación. Sin embargo, los fotoautótrofos aún
conservan grandes rasgos del pasado quimieheterótrofo, pues muchos de los
procesos de la fotosíntesis involucran la conversión de sustancias inorgánicas
en sustancias orgánicas, por ejemplo, la transformación de agua y dióxido de
carbono en biomasa.
El proceso de
digestión es uno de los que tiene un mayor impacto en las relaciones
ecológicas. Asumiendo el modelo del origen de la vida primero debieron ser los
quimio-heterótrofos como los quimio-litótrofos; sin embargo, pronto debieron
aparecer aquellos seres vivos que toman una ruta más fácil. ¿Por qué tomarse el
trabajo de convertir en biológico a lo no biológico si puedo matar a un ser
biológico y convertir sus partes ya biológicas en las propias? Los
bio-heterótrofos nacen para consumir a otros seres vivos matándolos o
importunándolos “parasitismo”, pero los productores “quimio-litótrofos o
foto-autótrofos” no se quedan pasmados esperando a ser eliminados. De este modo
se entablan las relaciones depredador presa, que es uno de los ejes
fundamentales de las relaciones ecológicas y que tienen un fuerte impacto sobre
el modo en que los seres vivos digieren.
Los productores y
en general todas las presas tienden a tener una estrategia r es decir
reproductiva. Las plantas, así como las cianobacterias proliferan en masa,
tanto que aun los heterótrofos que se alimentan de ellas no pueden eliminarlas
a todas. Lo mismo sucede con cada escalón. A demás en cada nivel existe una
pérdida de energía asegurando que los consumidores más grandes siempre estén en
un menor número. Lo anterior implica que los procesos biológicos implican
grandes pérdidas de energía para el sistema como un todo, la energía que recibe
un productor como una planta se gasta y solo una fracción es aprovechada por un
consumidor de primer orden. De hecho, mucha energía es desperdiciada durante la
digestión. Cuando analicemos los modos en que los seres vivos digieren siempre
deberemos tener en cuenta las relaciones depredador-presa en nuestras mentes.
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