Etapas del proceso digestivo: ingestión, digestión y egestión. La Digestión es un proceso por medio del cual los alimentos se descomponen y se convierten químicamente para que puedan ser absorbidos por las células de un organismo y utilizados para mantener las funciones corporales vitales.
Este artículo resume las acciones químicas y fisiológicas del proceso digestivo. Para más detalles sobre la anatomía y la fisiología del sistema digestivo humano, puedes leer el siguiente artículo:
Proceso digestivo paso a paso.
Para mantenerse en óptimas condiciones, todos los organismos deben obtener nutrientes del medio ambiente.
Algunos nutrientes sirven como materia prima para la síntesis de material celular; Otras (por ejemplo, muchas vitaminas) actúan como reguladores de reacciones químicas; Y otros, por oxidación, producen energía.
No todos los nutrientes, sin embargo, están en una forma adecuada para su uso inmediato por un organismo; Algunos deben experimentar cambios físicos y químicos antes de que puedan servir como energía o sustancia celular.
A través del acto de comer, o ingestión, los nutrientes se toman del medio ambiente. Muchas moléculas de nutrientes son tan grandes y complejas que deben ser divididas en moléculas más pequeñas antes de que puedan ser utilizadas por el organismo.
Este proceso de descomposición de los alimentos en partículas moleculares de tamaño y contenido utilizables se llama digestión.
Los componentes inutilizables son expulsados del organismo por un proceso llamado egestión, o excreción.
Algunas plantas, muchos microorganismos y todos los animales realizan estas tres funciones: ingestión, digestión y egestión (a menudo agrupadas bajo el término alimentación), pero, como era de esperar, los detalles difieren considerablemente de un grupo a otro.
Los problemas asociados con la ingesta de nutrientes y el procesamiento varían mucho dependiendo de si el organismo es autotrófico o heterotrófico.
Los organismos autotróficos pueden fabricar los grandes compuestos orgánicos ricos en energía necesarios para la vida a partir de simples materias primas inorgánicas; En consecuencia, sólo requieren nutrientes simples del medio ambiente.
Por el contrario, los organismos heterotróficos no pueden fabricar compuestos orgánicos complejos a partir de simples inorgánicos, por lo que deben obtener moléculas orgánicas preformadas directamente del medio ambiente.
Las plantas verdes constituyen de lejos la mayoría de los organismos autotróficos de la Tierra. Durante el proceso de fotosíntesis, las plantas usan energía luminosa para sintetizar materiales orgánicos a partir de dióxido de carbono y agua.
Ambos compuestos pueden absorberse fácilmente a través de las membranas de las células -en una planta típica, el dióxido de carbono es absorbido del aire por las células foliares, y el agua es absorbida del suelo por las células de las raíces- y se utiliza directamente en la fotosíntesis; Es decir, ninguno de ellos requiere digestión.
Los únicos nutrientes necesarios para la mayoría de las plantas verdes son los minerales como el nitrógeno, fósforo y potasio, que también pueden ser absorbidos directamente y no requieren digestión.
Hay, sin embargo, algunas plantas verdes (tales como sundew, flytrap de Venus, y la planta de la jarra) que complementan su dieta inorgánica con compuestos orgánicos (particularmente proteína) obtenidos atrapando y digiriendo insectos y otros animales pequeños.
La heterotrofia caracteriza a todos los animales (incluyendo a los humanos), la mayoría de los microorganismos, y las plantas y organismos semejantes a plantas (por ejemplo, hongos) que carecen de la clorofila del pigmento, que es necesaria para la fotosíntesis.
Estos organismos deben ingerir nutrientes orgánicos (carbohidratos, proteínas y grasas) y, mediante la digestión, reorganizarlos en una forma adecuada a sus necesidades particulares.
Ingestión
Como ya se ha explicado, los nutrientes obtenidos por la mayoría de las plantas verdes son pequeñas moléculas inorgánicas que pueden moverse con relativa facilidad a través de las membranas celulares.
Los organismos heterotróficos como las bacterias y los hongos, que requieren nutrientes orgánicos pero carecen de adaptaciones para ingerir alimentos a granel, también dependen de la absorción directa de pequeñas moléculas de nutrientes.
Moléculas de carbohidratos, proteínas o lípidos, sin embargo, son demasiado grandes y complejas para moverse fácilmente a través de las membranas celulares.
Las bacterias y los hongos eluden esto secretando enzimas digestivas sobre el material alimenticio; Estas enzimas catalizan la división de las moléculas grandes en unidades más pequeñas que son absorbidas entonces en las células.
En otras palabras, las bacterias y los hongos realizan digestión extracelular-digestión fuera de las células-antes de ingerir los alimentos.
Esto se refiere a menudo como nutrición osmotrófica.
Al igual que las bacterias, los protozoos son organismos unicelulares, pero su método de alimentación es muy diferente.
Ingieren partículas relativamente grandes de alimentos y llevan a cabo la digestión intracelular (digestión dentro de las células) a través de un método de alimentación llamado nutrición fagotrófica.
Muchos protozoos también son osmotróficos en menor grado. Algunos organismos, como amebas, tienen pseudópodos ("pies falsos") que fluyen alrededor de la partícula de alimento hasta que están completamente encerrados en una cámara delimitada por membrana llamada vacuola de alimento; Este proceso se llama fagocitosis.
Otros protozoos, tales como paramecia, pellizcan las vacuolas de los alimentos desde el extremo de una ranura oral prominente en la que las partículas de alimento son atraídas por el golpeo de numerosas pequeñas proyecciones parecidas a los cabellos llamadas cilios.
En otros casos de nutrición fagotrófica, pequeñas partículas de alimento se adhieren a la superficie membranosa de la célula, que luego se pliega hacia adentro y es pellizcada como una vacuola; Este proceso se llama pinocitosis.
Las partículas de alimento contenidas en vacuolas formadas a través de fagocitosis o pinocitosis no han entrado en la célula en el sentido más completo hasta que se han digerido en moléculas capaces de atravesar la membrana de la vacuola y se incorporan a la sustancia celular.
Esto se logra con organelas que contienen enzimas llamadas lisosomas, que se funden con las vacuolas y convierten los alimentos en compuestos más simples.
Lisosoma: digestión intracelular
El papel de los lisosomas en la digestión intracelular. La digestión en organismos protozoarios tales como amebas y paramecia tiene lugar cuando una partícula de alimento está encerrada en una vacuola de alimento.
La vacuola y un lisosoma se unen, formando una vacuola digestiva, y los productos de la digestión se absorben a través de la membrana vacuolar. Los desechos indigeribles son finalmente expulsados.
La mayoría de los animales multicelulares poseen algún tipo de cavidad digestiva -una cámara que se abre al exterior a través de una boca- en la que tiene lugar la digestión. Los animales superiores, incluyendo los vertebrados y por supuesto los humanos, tienen tractos digestivos más elaborados, o canales alimentarios, a través de los cuales pasa la comida.
En todos estos sistemas las partículas grandes de alimento se descomponen en unidades de tamaño más manejable dentro de la cavidad antes de ser tomadas en las células y reensambladas (o asimiladas) como sustancia celular.
Digestión
La división enzimática de moléculas grandes y complejas en moléculas más pequeñas sólo es efectiva si las moléculas de la enzima entran en contacto directo con las moléculas del material que van a digerir. En los animales que ingieren pedazos muy grandes de alimento, solamente las moléculas en la superficie son expuestas a las enzimas digestivas.
La digestión puede proceder de manera más eficiente, por lo tanto, si el alimento a granel se descompone primero mecánicamente (masticación), exponiendo más moléculas para la digestión.
Entre la variedad de dispositivos que han evolucionado para realizar este tipo de procesamiento mecánico de alimentos se encuentran los dientes de los mamíferos y las mollejas musculares de las aves.
La digestión humana comienza en la boca. Allí los alimentos se mastican y se mezclan con saliva, que añade humedad y contiene la enzima amilasa, que comienza a descomponer los almidones.
La lengua amasa los alimentos en una bola suave (bolo), que luego se traga. El bolo pasa a través de la faringe y el esófago hacia el estómago, impulsado por contracciones musculares peristálticas.
En el estómago, los alimentos se mezclan con contracciones peristálticas (aproximadamente tres por minuto) con jugos gástricos altamente ácidos secretados allí.
La hormona gastrina estimula la secreción de estos jugos, que contienen agua, sales inorgánicas, ácido clorhídrico, mucina y varias enzimas.
La comida, ahora en un estado semilíquido llamado quimo, pasa del estómago al duodeno, la primera sección del intestino delgado, donde tiene lugar la mayor parte de la digestión.
Las reacciones químicas involucradas en la digestión pueden ser aclaradas por un relato de la digestión del azúcar maltosa.
La maltosa es, técnicamente, un azúcar doble, ya que está compuesta de dos moléculas de azúcar simple glucosa unidas entre sí.
La enzima digestiva maltasa cataliza una reacción en la que se inserta una molécula de agua en el punto en el que las dos unidades de glucosa están unidas, desconectándolas de este modo, como se ilustra a continuación.
En términos químicos, la maltosa ha sido hidrolizada. Todas las enzimas digestivas actúan de manera similar y por lo tanto están hidrolizando las enzimas.
Muchas otras moléculas de nutrientes son mucho más complejas, siendo polímeros, o cadenas largas de unidades componentes simples.
El almidón, por ejemplo, es un carbohidrato, como la maltosa, pero sus moléculas están compuestas de miles de unidades de glucosa unidas entre sí.
Aún así, la digestión del almidón es esencialmente la misma que la digestión de la maltosa: cada enlace entre unidades de glucosa adyacentes se hidroliza, con el resultado de que la molécula de almidón se divide en miles de moléculas de glucosa.
Las moléculas de proteínas también son polímeros, pero sus unidades constituyentes son aminoácidos en lugar de azúcares simples.
Las enzimas proteolíticas (es decir, que digieren las proteínas) dividen las cadenas de proteínas por hidrolización de los enlaces entre aminoácidos adyacentes.
Debido a que hasta 20 tipos diferentes de aminoácidos pueden actuar como bloques de construcción para las proteínas, la digestión completa de una proteína en sus aminoácidos requiere la acción de varias enzimas proteolíticas diferentes, cada una capaz de hidrolizar los enlaces entre pares particulares de aminoácidos.
Las moléculas de grasa también están compuestas de unidades de bloques de construcción más pequeñas (el alcohol glicerol más tres grupos de ácidos grasos); Son hidrolizados por la enzima lipasa.
Varias otras clases de compuestos son digeridos por enzimas hidrolíticas específicas para ellos.
No todas estas enzimas ocurren en cada organismo; Por ejemplo, pocos animales poseen celulasa (enzima digestiva de celulosa), a pesar de que la celulosa constituye gran parte del volumen total de los alimentos ingeridos por los animales que comen plantas.
Sin embargo, algunos se benefician de la celulosa en su dieta porque sus tractos digestivos contienen microorganismos (conocidos como simbiontes) capaces de digerir la celulosa.
Los herbívoros absorben algunos de los productos de la actividad digestiva de sus simbiontes.
Hasta ahora, se ha puesto énfasis en el papel de la digestión en la conversión de moléculas grandes y complejas en moléculas más pequeñas y más pequeñas que pueden moverse a través de las membranas, lo que permite la absorción de alimentos en las células.
Los mismos procesos ocurren cuando las sustancias deben ser movidas de célula a célula dentro de un organismo multicelular.
Por lo tanto, las plantas verdes, que no tienen que digerir los nutrientes entrantes, digieren el material almacenado, como el almidón, antes de que pueda ser transportado de los órganos de almacenamiento (tubérculos, bulbos) hasta los puntos de utilización.
Egestión o excreción
Los animales que ingieren alimentos a granel inevitablemente en algún punto producen algo son incapaces de usar.
En el caso de organismos unicelulares que forman vacuolas alimentarias, las vacuolas eventualmente se fusionan con la membrana celular y luego se rompen, liberando residuos indigeribles hacia el exterior.
Las sustancias que no pueden ser digeridas, como la celulosa, pasan al colon o al intestino grueso. Allí se reabsorben agua e iones tales como sodio y cloruro, y el material sólido restante se mantiene hasta que es expulsado a través del ano.
Los constituyentes fecales en las especies con un canal alimenticio también incluyen las células desprendidas (dañadas o desgastadas) de la membrana mucosa viva y, en los animales superiores, las bacterias que existen en el intestino en una relación simbiótica.
En los animales superiores, la vida de una célula desde el epitelio de la mucosa es de cuatro a ocho días, y la vida útil de las células especializadas, como las células parietales que secretan ácido localizadas en el estómago, es de uno a tres años.