La Energía en las Reacciones Químicas

La Energía en las Reacciones Químicas, su Transporte y las Enzimas

GUILLERMO SÁNCHEZ MEDINA

Conocemos bien cómo son indispensables las sustancias simples como el CO₂, el H₂O, la glucosa C₆H₁₂O₆, el O₂, el nitrógeno (N), el sodio (Na), el potasio (K), el cloro (Cl), el fósforo (P) y el calcio (Ca) en la elaboración de las moléculas y en la producción de energía. Viene aquí la pregunta: y ¿qué es energía? Entendemos como energía a la capacidad para efectuar un trabajo, y la dividimos en cinética y potencial; la primera produce movimiento (luz, calor, frío, electricidad, movimiento de partículas grandes y pequeñas).

La energía potencial es energía almacenada (energía química) que está en una posición de interfunciones en los organismos naturales. La energía la observamos en el movimiento de las reacciones químico eléctricas de todas las moléculas, de los átomos y de las partículas subatómicas y obedece a las leyes de la termodinámica y de las fuerzas electromagnéticas y atómicas ⁷³.

  ¿Qué es la reacción química?

Esta se refiere a las acciones de la energía dentro de los componentes químicos, y dentro de este contexto de las estructuras moleculares con sus connotaciones físico-eléctrico-atómicas, y que específicamente se producen por acciones en el cambio de la posición de átomos y de partículas subatómicas (electrones, iones). Estas reacciones tienen la función de acoplar, transportar, recibir, degradar, reciclar, modular, diferenciar, activar, traducir señales e interpretarlas, liberar acciones o mejor reacciones derivadas y como ya se explicitó en el calor, los movimientos, los potenciales eléctricos, luz, etc.

Toda energía al transformarse cambia su estado a otro (se modifica) y se rige por el “principio de repetición” el cual hace parte del principio de “constancia”. Tengamos muy en cuenta cómo los organismos capturan la energía luminosa solar produciendo reacciones en la síntesis de las moléculas orgánicas. Las reacciones bioquímicas intracelulares se encadenan en secuencias interconectadas llamadas vías metabólicas.

La bioquímica de las células se regula de tres maneras:

1). Empleando catalizadores proteicos llamados enzimas ⁷⁴, ⁷⁵;
2). Acoplando reacciones que liberan energía (unas llamadas “exergónicas” en las que se libera las moléculas y tienen menos energía que en los reactivos, y las “endergónicas” que la consumen y en las que los productos tienen más energía que los reactivos, es decir lo contrario);
3). Utilizando moléculas portadoras de energía, lo cual significa que se transfiere energía dentro de las células. Este tipo de reacción se produce por los llamados catalizadores ⁷⁶, lo cual significa que producen “energía de activación”, puesto que aceleran las reacciones químicas sin sufrir ellos mismos cambios permanentes, o promueven diferentes reacciones que facilitan la formación de nuevos enlaces químicos.

A la vez, cuando hablamos de conservación de energía, lo hacemos con respecto a las funciones reguladoras al servicio de tendencias y energía, unas de conservación y otra de transformación de la misma.

(Lea También: Transmisión de la Actividad Neuronal, Funciones Receptoras y Transmisoras Sensoriales)

Entonces ¿qué es la energía química?

Es aquella que se produce por el movimiento de átomos y sus iones para la organización, ordenación, distribución, intercambio, transporte, recepción de todas estas partículas, las cuales traducen esta energía electromagnética en actividad eléctrica; de tal manera, la energía se manifiesta organizándose en patrones de actividad celular (células en general y neuronas en particular). Entendamos cómo, en la ordenación molecular, participa toda una energía, la cual se deriva de las reacciones; por ejemplo, los animales unicelulares son capaces de reaccionar, de responder a estímulos externos, con conductas organizadas, dirigidas a una meta; de tal manera responden (Llinás Rodolfo., 2002) ⁷⁷.

La respuesta a que estoy haciendo referencia es consecuencia de la reacción química propia perteneciente a las células; es así como “se construyen los diferentes circuitos neuronales”; estos circuitos tienen diferentes niveles, y diferentes interrelaciones; desde los más simples (por ejemplo el reflejo) hasta los más complejos (por ejemplo, todos los pertenecientes a los órganos de los sentidos) en los cuales se incluye, no solamente los ya nombrados, sino la elección e interpretación de los estímulos especializados ⁷⁸.

Aquí concluyo, cómo podemos llegar a la frontera con los productos mentales, y así con el pensamiento. He aquí, toda una gama de ordenaciones codificaciones señalizadas por el estímulo-respuesta, a la vez que del desarrollo de los órganos.

¿Cómo podemos entender esta frontera entre materia, energía y mente o psiquis?

La respuesta está en que la energía, o mejor los potenciales energéticos traducidos en frecuencias eléctricas, son los que se pueden “codificar con señales”, estímulos para integrar las múltiples funciones del pensar, desde la sensación, la percepción para llegar a la imagen y representación mental, y así, a la fantasía con su significación, simbolización, ideación, articulación y verbalización ⁷⁹.

Lo que si ocurre, es que no hemos podido todavía detectar con evidencias cómo se realizan y cuáles son las moléculas y las células específicas para las funciones cerebrales, o cuáles son los estímulos, potenciales y señales organizados que nos llevan al pensamiento. Sin embargo, conocemos todo lo “macro” (anatómico, biocelular y neurofisiológico) que participa en esas funciones y aun algo de lo “micro” como son los potenciales neuronales y la presencia de las partículas subatómicas con sus funciones de onda operantes que las estudia la física y química cuántica.

Gráfica No. 14. Respuesta a los estímulos psíquicos, físicos, químicos, cuánticos. Ref: Elaboración propia.

Conocemos que cada neurona presenta unos núcleos de almacenamiento y de interfunción de fases

Para el reconocimiento y transferencia de las energías, desde la corteza motora y somatosensorial hasta la integración y reconocimiento de la información, la significación y su interpretación. Todo esto es estudiado por la psicología de la cognición y las neurociencias, las cuales se refieren a circuitos generales, y, aún, particulares de neuronas que participan en la atención, notación y aprendizaje.

Aquí vale la pena mencionar cómo hace más de cien años se viene investigando sobre la morfología y fisiología neuronal como unidades básicas de la organización cerebral, que no solamente tienen las funciones de conectividad específica, sino de la transmisión de mensajes de la corteza al tálamo y al hipotálamo y/o a la amígdala o viceversa, para llegar a la construcción de la conciencia al mundo psico-afectivo o emocional, al hormonal y al inmunológico, y a las diferentes interpretaciones que se suceden en la misma.

Cuán importante es pensar en que el mismo ADN, no solamente contiene codificaciones genéticas, sino que en ellas están codificados los mensajes y potenciales eléctricos o energéticos, unos sincrónicos y otros discrónicos y diacrónicos, para realizar diferentes funciones, que pueden ser traducidos en conductas y patrones de comportamientos a través de todo el Yo corporal, no solo por la codificación genética, sino por la unión de las bases genéticas a procesos externos no genéticos; esto es algo multifactorial.

El cerebro contiene más de 10¹² células neuronales con sus actividades y propiedades de resonancia en el sistema córtico talámico, y a la vez, con sus ritmos específicos, con oscilaciones de “40 Hz las cuales generan un alto grado de organización espacial, y por lo tanto pueden ser el mecanismo de producción de la unión temporal, actividad rítmica sobre un gran conjunto de neuronas. El mapeo temporal global engendra la cognición” ⁸⁰.

Entiendo aquí, como “mapeo”, la integración de todo un modelo o diseño de funcionamiento interrelacionado con áreas sensoperceptivas de neuro-receptores y transmisores, a la vez, de reconocimiento. He aquí también el puente con los modelos psíquicos, especialmente el que postula Wilfred Bion en las obras “Aprendiendo de la Experiencia” (1966)⁸¹ y “Volviendo a Pensar” (1968)⁸².

En conclusión, podemos entender que existe una red compleja de actividades neuronales, senso córtico talámicas-hipotalámicas, que organizan las funciones cerebrales tanto en vigilia como en el sueño, en el pensar, en el fantasear y en el verbalizar o no; aquí incluyo todo el “mecanismo de la intuición” del cual me ocupo en otra obra: “El Azar determinista” (El lazo del destino), 2010 (en preparación).

Así mismo podemos concluir cómo lo que entendemos por funcionamiento mental o psíquico, bien estudiado por la psicología clásica, la psicología cognitiva y el psicoanálisis, con sus diferentes modelos, hace parte del pensar, predecir, explicar, interpretar y crear, construir un pensamiento abstracto, comunicarse, tener una individualidad y la capacidad de tener un Yo individual y colectivo.

73 Cuando nos referimos a la energía dentro de este contexto, lo debemos referir a la molecular.

Se supone que las “átomos y partículas de las moléculas rotan alrededor de su centro de gravedad”; este último concepto es discutible porque así se sugiere que existe un centro que lo podría producir los átomos más pesados puesto que se habla de gravedad (masa-fuerza gravitatoria); pienso que la molécula y los átomos que la conforman pueden rotar o se mueven más de acuerdo con los enlaces libres de los átomos de acoplamiento (H, O, N, K, Cl, Na, Ca) con las funciones de sus partículas en forma dextro o levógiras, hidrófilas o hidrofóbicas y los funcionamientos del spin (rotación), spin networds (rotación en red), twistors (torcidos) y loops (bucles).

¿Cómo se prueba la rotación y sobre qué centro? Además de la capacidad de enlaces mono, poli y covalentes, poli y multivalentes pueden estos producirse por movimientos y capacidades de establecer una estabilidad e inestabilidad que dependen de las partículas de la energía cuántica, en y de los enlaces.

Puestos así estos conceptos, podemos suponer que existe una energía cinética de rotación ’in situ’ sumado a la posición de los átomos que forman los enlaces en la molécula que pueden variar de acuerdo con su ángulo, dando origen a una energía potencial y cinética de vibración en la molécula. Es bien conocido cómo se distribuyen los electrones que aportan una energía potencial y cinética debido a la posición del movimiento en sus órbitas (he aquí la energía electrónica).

Así pues los movimientos y funciones son producidos por la energía de la molécula di o multiatómica, lo que equivale a la suma de energías modelares o según la concepción de la misma; de esto se desprende que hay una energía vibracional, rotacional con una frecuencia angular de oscilaciones de los núcleos con constantes rotacionales de la molécula y distorsiones centrífugas a la vez que energías de corrección, electrónicas en la posición de equilibrio; es así como podemos inferir que algunas funciones moleculares puedan ser determinantes por el comportamiento de la energía; de tal manera, éstas energías (vibracional, rotacional, de traslación) también pertenecen a la energía cuántica; podría pensarse que la energía rotacional es una energía libre o que libera otras moléculas para acoplarse o desacoplarse; sin embargo esta función es necesario, especificarla y determinarla más.

Dentro de esta conceptualización debemos considerar que las moléculas deben tener “n” átomos, y, para cada partícula pueden haber diferentes grados de energía y funciones operando. Todos estos conceptos de la física deberán interrelacionarse con los del psicoanálisis que se refieren a cargas y contracargas (cataxis y contra cataxis) provenientes de la energía libidinal (erótica o de Eros) y la tanática (tánatos), lo que equivale a la atracción, unión y rechazo, desunión y desintegración o destrucción (muerte).  

74 La acción enzimática se regula, entre otras formas, por la alteración de la velocidad de la síntesis de enzimas, por la activación de enzimas previamente inactivas, con la inhibición por retroalimentación, con inhibición competitiva.

Posiblemente existen muchas otras formas; por ejemplo condiciones del medio ambiente, el pH, concentración de sal, la función de la bomba sodio-potasio, la temperatura, los fenómenos ambientales según la localización en el globo terráqueo en los hemisferios norte y sur, zonas tórridas, tropicales y australes, además de las múltiples funciones enzimáticas que pueden aparecer por su estructura tridimensional ubicados a la derecha, a la izquierda, arriba, abajo o en forma giratoria. En todas estas acciones y reacciones participan la energía y los potenciales iónicos de las partículas subatómicas en forma de atracción, rechazo o repulsión, neutra, incierta y aleatoria, (Audesirk, T., et. al., 1999)

75 Audesirk T., et. al., (1999). “Biology life on the earth”, Editorial Prentice Hall, 5a. Edición, New York.

76 Se llama “catalizadores” a las substancias o moléculas que aceleran una reacción química sin alterar su estructura; a la vez, reducen la energía de activación de la reacción. os procesos anabólicos son procesos metabólicos de construcción, en los que se obtienen moléculas grandes a partir de otras más pequeñas.

En estos procesos se consume energía. Los seres vivos utilizan estas reacciones para formar, por ejemplo, proteínas a partir de aminoácidos. Mediante los procesos anabólicos se crean las moléculas necesarias para formar nuevas células. Los procesos catabólicos son procesos metabólicos de degradación, en los que las moléculas grandes, que proceden de los alimentos o de las propias reservas del organismo, se transforman en otras más pequeñas.

En los procesos catabólicos se produce energía. Una parte de esta energía no es utilizada directamente por las células, sino que se almacena formando unas moléculas especiales. Estas moléculas contienen mucha energía y se utilizan cuando el organismo las necesita. En el catabolismo se produce, por ejemplo, la energía que las células musculares utilizan para contraerse, la que se emplea para mantener la temperatura del cuerpo, o la que se consume en los procesos anabólicos; por ejemplo, el metabolismo de la glucosa, el ADP, el ATP, el ARN y el ADN.

77 Llinás, Rodolfo., (2002). “El Cerebro y el mito del yo”, Editorial Norma, Bogotá-Colombia, página 131.

78 Uno de los estímulos especializados lo realiza el glutamato que es un aminoácido que forma parte de las proteínas y al grupo llamado aminoácidos con carga negativa debido a su segundo grupo carboxílico en su cadena lateral. Su papel como neurotransmisor mensajero está mediado por su unión a receptores acoplados ionotrópicos relacionados con los canales iónicos y los receptores acoplados a las proteínas G en la superficie de la sinapsis para transmitir información de una neurona a otra.

“Además, cuando en la sinápsis se libera glutamato en un periodo de tiempo muy corto, éste origina procesos importantes como el aprendizaje y la memoria, el tiempo prolongado de liberación del glutamato provoca enfermedades neurodegenerativas graves y crónicas, en que se presenta la isquemia, la paraplejía, la hipoxia y la demencia del tipo Alzheimer y vascular”. (Jairo E. Márquez, Mente Cuántica, pág. 15-17, en prensa 2009). A nivel de la transmisión excitadora sináptica del glutamato este juega un papel importante, puesto que los potenciales de acción en cada célula produce una entrada de iones de calcio, con la correspondiente liberación de neurotransmisores que se difunden por la hendidura sináptica fijándose a las moléculas receptoras de la célula contigua.

Este proceso electroquímico produce que la membrana celular se despolarice generando una corriente eléctrica que se difunde hasta la siguiente neurona. Por su parte el GABA en el cerebro actúa como un transmisor inhibidor. El GABA C consta de 5 subunidades, de las cuales cada una presenta diferentes isoformas (2, 3,4, 6).

Para el caso de los receptores GABA -B que se encuentran en la membrana plasmática presináptica y post sináptica, modula canales de calcio y potasio transmitiendo la señal por medio de segundos mensajeros. El neurotransmisor más abundante en SNC es el glutamato cuya función excitadora, como ya se expresó, transmite mensajes y los graba, lo que equivale a una capacidad de memoria; el glutamato se sintetiza a partir del citoglutamato por transaminación y de la glutamina por acción de la glutaminasa (“Cerebro Mente. El pensamiento cuántico”, 2009).

79 Véase capítulo “Cuatro ejes de las funciones del pensar” de la obra del autor “Técnica y Clínica Psicoanalítica”, 1994, pág. 242-255. Sin embargo, éste último punto pertenece a inferencias, a supuestos deductivos, y por lo tanto, a interpretaciones no a evidencias demostrables aun; el concepto de «codificación de señales» es una lucubración o supuesto teórico, el cual aunque posiblemente en el futuro se pueda demostrar, por ahora queda como un postulado teórico. El lector también puede consultar el capítulo V de la obra: “Cerebro-Mente. El pensamiento cuántico”, 2009.

80 Op. cit, Llinás, R., 2002

81 Bion, WR., (1966). “Aprendiendo de la experiencia”, Editorial Homé, Buenos Aires-Argentina.

82 Bion, WR., (1968). “Volviendo a pensar”, Editorial Willia Heinemann, Medical Books, Limited London.