Desde el punto de vista de una célula, la digestión no
comienza en la boca ni termina en el intestino, sino que es parte de un
problema fundamental: cómo obtener materia y energía del entorno sin perder
el control del propio ambiente interno. La célula vive rodeada por una
membrana que la separa del exterior, y todo lo que necesita —nutrientes, iones,
moléculas orgánicas— debe atravesar esa frontera de manera regulada. Por ello,
la digestión y la absorción no son procesos externos a la célula, sino
extensiones de su fisiología básica. Incluso en organismos complejos, el
objetivo final de la digestión es siempre el mismo: transformar sustancias
grandes y complejas en moléculas pequeñas que puedan cruzar membranas e
integrarse al metabolismo celular.
Transporte de sustancias a través de la membrana
Al igual que ocurre con el intercambio de gases o la
excreción, la digestión requiere con frecuencia el paso de sustancias a
través de membranas biológicas. Este tránsito puede realizarse mediante transporte
pasivo o mediante transporte mediado por proteínas.
Enlace
a la [Figura:
Transporte pasivo]
El transporte pasivo ocurre cuando una sustancia
soluble atraviesa una membrana semipermeable sin gasto de energía. En este
caso, las moléculas se mueven espontáneamente desde la región donde su
concentración es mayor hacia aquella donde es menor, siguiendo el gradiente de concentración.
La velocidad de este flujo aumenta cuanto mayor es la diferencia de
concentraciones y se reduce hasta hacerse prácticamente nula cuando ambas
concentraciones se igualan.
Sin embargo, la mayoría de los nutrientes no pueden
atravesar la membrana de esta forma. Muchas moléculas son demasiado grandes,
polares o químicamente complejas, por lo que requieren proteínas de
transporte. Estas proteínas pueden facilitar el paso a favor del gradiente
de concentración (transporte pasivo facilitado) o mover sustancias en contra
del gradiente, lo que constituye transporte activo y requiere gasto
de energía celular, generalmente en forma de ATP. Por esta razón, la digestión
y la absorción son procesos energéticamente costosos, y algunos alimentos
exigen mayor inversión energética que otros para ser procesados.
Enlace
a la [Figura:
Transporte activo]
Transporte vesicular y digestión intracelular
La digestión puede ser extracelular o intracelular.
En la digestión extracelular, las enzimas se liberan al lumen de un órgano o al
medio externo, degradando las sustancias hasta obtener nutrientes moleculares
que luego son absorbidos por mecanismos de transporte a través de la membrana.
No todos los seres vivos emplean este tipo de digestión.
Muchos organismos, especialmente unicelulares, deben incorporar macronutrientes
completos y degradarlos dentro de la célula. Para ello utilizan mecanismos
de transporte vesicular, mediante los cuales el material es rodeado por
la membrana celular y encerrado en una vesícula interna.
Enlace
a la [Figura:
fagocitosis y endocitosis]
La endocitosis es el proceso general mediante el cual
una célula incorpora material del exterior formando un endosoma. Puede ser
inespecífica, cuando engloba fluidos y sustancias disueltas, o específica,
cuando depende del reconocimiento entre proteínas receptoras de la membrana
celular y moléculas particulares del entorno. En todos los casos, el resultado
es una vesícula interna cuyo destino depende del contexto funcional de la
célula.
La fagocitosis es una forma especializada de
endocitosis destinada a partículas grandes o incluso a otras células. En este
proceso, el endosoma —denominado fagosoma— se fusiona con lisosomas que
contienen enzimas digestivas y sustancias oxidantes. Allí ocurre la degradación
de la presa, tras lo cual los productos útiles se absorben y los desechos se
eliminan. En organismos unicelulares este mecanismo cumple una función
nutritiva; en organismos multicelulares, especialmente en animales, cumple
principalmente funciones inmunológicas.
Absorción y capilares
A diferencia del sistema respiratorio, donde predominan
mecanismos pasivos, la absorción de nutrientes emplea prácticamente
todos los tipos de transporte a través de membrana. Muchas sustancias
biológicamente relevantes no pueden atravesar la membrana sin ayuda, por lo que
requieren transporte facilitado o activo.
En el sistema digestivo humano, la absorción es
particularmente exigente desde el punto de vista energético. Durante este
proceso, grandes volúmenes de sangre se dirigen al intestino delgado para
suministrar la energía necesaria que activa las proteínas transportadoras. Esto
explica por qué, tras una comida abundante, el organismo puede experimentar un
estado de somnolencia: una gran parte de la energía disponible se destina a la
absorción.
Un factor clave en la eficiencia de la absorción es la relación
entre área y volumen. Para maximizar el intercambio, los sistemas
digestivos presentan superficies altamente plegadas, con epitelios
extremadamente delgados que facilitan el paso rápido de nutrientes hacia los
capilares del sistema circulatorio. Estos capilares constituyen la frontera
entre el ambiente externo del tubo digestivo y el ambiente interno del
organismo.
Enlace
a la [Figura:
Pliegues y capilares]
Relación área–volumen
Desde un punto de vista matemático, el área crece de manera
cuadrática, mientras que el volumen lo hace de forma cúbica. Esto implica que,
a medida que un organismo aumenta de tamaño, su superficie de intercambio se
vuelve proporcionalmente menos eficiente.
Los organismos grandes resuelven este problema mediante dos
estrategias generales: modificando su forma para aumentar la superficie de
contacto o desarrollando sistemas de órganos especializados en el
intercambio de sustancias, como el sistema digestivo, respiratorio y
circulatorio.
Metabolismo
El metabolismo es el conjunto de reacciones químicas
que mantienen a los sistemas vivos en funcionamiento. Estas reacciones se
organizan en rutas metabólicas, cadenas de transformaciones catalizadas
por enzimas que permiten un flujo ordenado de materia y energía. Las enzimas de
una misma ruta suelen estar físicamente asociadas, lo que aumenta la eficiencia
del proceso y reduce la pérdida de intermediarios metabólicos.
Los productos finales de estas rutas cumplen funciones
esenciales, como servir de fuente de energía, constituir estructuras celulares
o actuar como moléculas reguladoras. Entre ellos se encuentran aminoácidos,
azúcares y moléculas portadoras de energía como el ATP.
La digestión como proceso catabólico
Las rutas metabólicas se dividen en catabólicas y anabólicas.
La digestión forma parte del catabolismo, ya que implica la degradación
de moléculas complejas en compuestos más simples, liberando energía. Estas
rutas son generalmente oxidativas y exergónicas.
Enlace
a la [Figura:
Célula animal y vegetal ideales]
El anabolismo, en cambio, utiliza esa energía para
sintetizar moléculas complejas a partir de compuestos simples o inorgánicos.
Ambas rutas están conectadas por moléculas energéticas centrales, como el ATP y
el NADP, que actúan como intermediarios entre destrucción y síntesis.
La digestión enzimática como proceso oxidativo
En términos químicos, la digestión puede entenderse como un
conjunto de reacciones oxidativas. En química orgánica, oxidar una
molécula implica simplificarla, reducir su complejidad estructural o facilitar
la pérdida de electrones. Desde esta perspectiva, la oxidación es
funcionalmente equivalente al catabolismo, mientras que la reducción se asocia
al anabolismo.
Durante la digestión, las macromoléculas alimenticias son
degradadas progresivamente. En las primeras etapas pueden intervenir sustancias
poco específicas, pero a medida que las moléculas se hacen más pequeñas, entran
en acción enzimas digestivas altamente específicas, que cortan enlaces
concretos. Gracias a este control químico preciso, las moléculas complejas se
transforman en nutrientes absorbibles, cerrando el ciclo que conecta digestión,
absorción y metabolismo celular.
Referencias
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