nutrición -Nutrition

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Una Amblypodia anita (mariposa azul de hoja morada) recolectando nutrientes del guano

La nutrición es el proceso bioquímico y fisiológico por el cual un organismo utiliza los alimentos para sustentar su vida . Proporciona nutrientes a los organismos , que pueden ser metabolizados para crear energía y estructuras químicas. La falta de obtención de suficientes nutrientes provoca desnutrición . La ciencia de la nutrición es el estudio de la nutrición, aunque por lo general hace hincapié en la nutrición humana .

El tipo de organismo determina qué nutrientes necesita y cómo los obtiene. Los organismos obtienen nutrientes al consumir materia orgánica , consumir materia inorgánica, absorber luz o alguna combinación de estos. Algunos pueden producir nutrientes internamente al consumir elementos básicos, mientras que otros deben consumir otros organismos para obtener los nutrientes preexistentes. Todas las formas de vida requieren carbono , energía y agua, así como varias otras moléculas. Los animales requieren nutrientes complejos como carbohidratos , lípidos y proteínas , y los obtienen consumiendo otros organismos. Los humanos han desarrollado la agricultura y la cocina para reemplazar la búsqueda de alimento y mejorar la nutrición humana. Las plantas adquieren nutrientes a través del suelo y la atmósfera. Los hongos absorben los nutrientes a su alrededor descomponiéndolos y absorbiéndolos a través del micelio .

Estudiar

El análisis científico de los alimentos y los nutrientes comenzó durante la revolución química a fines del siglo XVIII. Los químicos de los siglos XVIII y XIX experimentaron con diferentes elementos y fuentes de alimentos para desarrollar teorías de nutrición. La ciencia de la nutrición moderna comenzó en la década de 1910 cuando se comenzaron a identificar los micronutrientes individuales. La primera vitamina que se identificó químicamente fue la tiamina en 1926, y el papel de las vitaminas en la nutrición se estudió en las décadas siguientes. Las primeras asignaciones dietéticas recomendadas para humanos se desarrollaron durante la Gran Depresión y la Segunda Guerra Mundial . Debido a su importancia en la salud humana, el estudio de la nutrición ha hecho mucho hincapié en la nutrición humana y la agricultura, mientras que la ecología es una preocupación secundaria.

Nutrientes

El compostaje dentro de los sistemas agrícolas capitaliza los servicios naturales del reciclaje de nutrientes en los ecosistemas. Las bacterias , los hongos , los insectos , las lombrices de tierra , los bichos y otras criaturas cavan y digieren el compost en suelo fértil. Los minerales y nutrientes en el suelo se reciclan nuevamente en la producción de cultivos.

Los nutrientes son sustancias que proporcionan energía y componentes físicos al organismo, permitiéndole sobrevivir, crecer y reproducirse. Los nutrientes pueden ser elementos básicos o macromoléculas complejas . Aproximadamente 30 elementos se encuentran en la materia orgánica , siendo el nitrógeno , el carbono y el fósforo los más importantes. Los macronutrientes son las sustancias primarias requeridas por un organismo, y los micronutrientes son sustancias requeridas por un organismo en cantidades mínimas. Los micronutrientes orgánicos se clasifican como vitaminas y los micronutrientes inorgánicos se clasifican como minerales .

Los nutrientes son absorbidos por las células y utilizados en reacciones bioquímicas metabólicas. Estos incluyen reacciones de combustible que crean metabolitos precursores y energía, reacciones biosintéticas que convierten los metabolitos precursores en moléculas de bloques de construcción, polimerizaciones que combinan estas moléculas en polímeros de macromoléculas y reacciones de ensamblaje que usan estos polímeros para construir estructuras celulares.

grupos nutricionales

Los organismos se pueden clasificar según cómo obtienen carbono y energía. Los heterótrofos son organismos que obtienen nutrientes consumiendo el carbono de otros organismos, mientras que los autótrofos son organismos que producen sus propios nutrientes a partir del carbono de sustancias inorgánicas como el dióxido de carbono . Los mixótrofos son organismos que pueden ser heterótrofos y autótrofos, incluidos algunos plancton y plantas carnívoras . Los fotótrofos obtienen energía de la luz, mientras que los quimiotrofos obtienen energía consumiendo energía química de la materia. Los organotrofos consumen otros organismos para obtener electrones, mientras que los litótrofos obtienen electrones de sustancias inorgánicas, como agua , sulfuro de hidrógeno , dihidrógeno , hierro (II) , azufre o amonio . Los protótrofos pueden crear nutrientes esenciales a partir de otros compuestos, mientras que los auxótrofos deben consumir nutrientes preexistentes.

Dieta

En nutrición, la dieta de un organismo es la suma de los alimentos que ingiere.

ciclo de nutrientes

Un ciclo de nutrientes es un ciclo biogeoquímico que implica el movimiento de materia inorgánica a través de una combinación de suelo, organismos, aire o agua, donde se intercambian en materia orgánica. El flujo de energía es una vía unidireccional y no cíclica, mientras que el movimiento de los nutrientes minerales es cíclico. Los ciclos minerales incluyen el ciclo del carbono , el ciclo del azufre , el ciclo del nitrógeno , el ciclo del agua , el ciclo del fósforo , el ciclo del oxígeno , entre otros que se reciclan continuamente junto con otros nutrientes minerales en una nutrición ecológica productiva .

Los ciclos biogeoquímicos que realizan los organismos vivos y los procesos naturales son los ciclos del agua , el carbono , el nitrógeno , el fósforo y el azufre .

forrajeo

Un bonobo pescando termitas con un palo preparado

La búsqueda de alimento es el proceso de buscar nutrientes en el medio ambiente. También se puede definir para incluir el uso posterior de los recursos. Algunos organismos, como los animales y las bacterias, pueden navegar para encontrar nutrientes, mientras que otros, como las plantas y los hongos, se extienden hacia el exterior para encontrar nutrientes. La búsqueda de alimento puede ser aleatoria, en la que el organismo busca nutrientes sin método, o puede ser sistemática, en la que el organismo puede ir directamente a una fuente de alimento. Los organismos pueden detectar nutrientes a través del gusto u otras formas de detección de nutrientes , lo que les permite regular la ingesta de nutrientes. La teoría de alimentación óptima es un modelo que explica el comportamiento de alimentación como un análisis de costo-beneficio en el que un animal debe maximizar la ganancia de nutrientes y minimizar la cantidad de tiempo y energía gastados en la búsqueda de alimento. Fue creado para analizar los hábitos de alimentación de los animales, pero también puede extenderse a otros organismos. Algunos organismos son especialistas que están adaptados para buscar una sola fuente de alimento, mientras que otros son generalistas que pueden consumir una variedad de fuentes de alimento.

Deficiencia de nutrientes

Las carencias de nutrientes, conocidas como desnutrición , se producen cuando un organismo no dispone de los nutrientes que necesita. Esto puede ser causado por la absorción de nutrientes insuficientes o por la pérdida repentina de nutrientes. Cuando esto ocurre, un organismo se adaptará reduciendo el consumo y gasto de energía para prolongar el uso de los nutrientes almacenados. Utilizará las reservas de energía almacenadas hasta que se agoten, y luego descompondrá su propia masa corporal para obtener energía adicional.

en organismos

Animal

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Un martín pescador comiendo un renacuajo cerca del río Ariège , Francia

Los animales son heterótrofos que consumen otros organismos para obtener nutrientes. Los herbívoros son animales que comen plantas, los carnívoros son animales que comen otros animales y los omnívoros son animales que comen tanto plantas como otros animales. Muchos herbívoros dependen de la fermentación bacteriana para crear nutrientes digeribles a partir de celulosa vegetal no digerible, mientras que los carnívoros obligados deben comer carnes de animales para obtener ciertas vitaminas o nutrientes que sus cuerpos no pueden sintetizar de otra manera. Los animales generalmente tienen un mayor requerimiento de energía en comparación con las plantas. Los macronutrientes esenciales para la vida animal son los carbohidratos, los aminoácidos y los ácidos grasos .

Todos los macronutrientes excepto el agua son requeridos por el cuerpo para obtener energía, sin embargo, esta no es su única función fisiológica. La energía proporcionada por los macronutrientes en los alimentos se mide en kilocalorías, generalmente llamadas Calorías, donde 1 Caloría es la cantidad de energía requerida para elevar 1 kilogramo de agua en 1 grado Celsius.

Los carbohidratos son moléculas que almacenan cantidades significativas de energía. Los animales digieren y metabolizan los carbohidratos para obtener esta energía. Los carbohidratos son típicamente sintetizados por las plantas durante el metabolismo, y los animales tienen que obtener la mayoría de los carbohidratos de la naturaleza, ya que solo tienen una capacidad limitada para generarlos. Incluyen azúcares , oligosacáridos y polisacáridos . La glucosa es la forma más simple de carbohidrato. Los carbohidratos se descomponen para producir glucosa y ácidos grasos de cadena corta , y son los nutrientes más abundantes para los animales terrestres herbívoros.

Los lípidos proporcionan a los animales grasas y aceites. No son solubles en agua y pueden almacenar energía durante un período prolongado de tiempo. Se pueden obtener de muchas fuentes vegetales y animales diferentes. La mayoría de los lípidos de la dieta son triglicéridos , compuestos de glicerol y ácidos grasos. Los fosfolípidos y esteroles se encuentran en cantidades más pequeñas. El cuerpo de un animal reducirá la cantidad de ácidos grasos que produce a medida que aumenta la ingesta de grasas en la dieta, mientras que aumenta la cantidad de ácidos grasos que produce a medida que aumenta la ingesta de carbohidratos.

La proteína consumida por los animales se descompone en aminoácidos, que luego se utilizarían para sintetizar nuevas proteínas. La proteína se utiliza para formar estructuras celulares, fluidos y enzimas ( catalizadores biológicos ). Las enzimas son esenciales para la mayoría de los procesos metabólicos , así como para la replicación , reparación y transcripción del ADN .

Gran parte del comportamiento animal se rige por la nutrición. Los patrones de migración y la reproducción estacional tienen lugar junto con la disponibilidad de alimentos, y las exhibiciones de cortejo se utilizan para mostrar la salud de un animal. Los animales desarrollan asociaciones positivas y negativas con los alimentos que afectan su salud, e instintivamente pueden evitar los alimentos que les han causado daños tóxicos o desequilibrios nutricionales a través de una aversión alimentaria condicionada . Algunos animales, como las ratas, no buscan nuevos tipos de alimentos a menos que tengan una deficiencia de nutrientes.

Humano

Pan , jamón , conserva de frutas y queso preparados para consumo humano

La nutrición humana temprana consistía en buscar nutrientes similares a los de otros animales, pero divergió a principios del Holoceno con la Revolución Neolítica , en la que los humanos desarrollaron la agricultura para producir alimentos. La revolución química del siglo XVIII permitió a los seres humanos estudiar los nutrientes de los alimentos y desarrollar métodos más avanzados de preparación de alimentos . Los grandes avances en economía y tecnología durante el siglo XX permitieron la producción en masa y la fortificación de alimentos para satisfacer mejor las necesidades nutricionales de los seres humanos. El comportamiento humano está estrechamente relacionado con la nutrición humana, por lo que es un tema de las ciencias sociales además de la biología. La nutrición en los seres humanos se equilibra con comer por placer, y la dieta óptima puede variar según la demografía y los problemas de salud de cada persona.

Los seres humanos son omnívoros que comen una variedad de alimentos. El cultivo de cereales y la producción de pan ha constituido un componente clave de la nutrición humana desde los inicios de la agricultura. Los primeros humanos cazaban animales para obtener carne, y los humanos modernos domestican animales para consumir su carne y huevos. El desarrollo de la cría de animales también ha permitido a los seres humanos en algunas culturas consumir la leche de otros animales y convertirla en alimentos como el queso . Otros alimentos consumidos por los humanos incluyen nueces, semillas, frutas y verduras. El acceso a animales domésticos así como a aceites vegetales ha provocado un aumento significativo en la ingesta humana de grasas y aceites. Los seres humanos han desarrollado métodos avanzados de procesamiento de alimentos que previenen la contaminación de microorganismos patógenos y simplifican la producción de alimentos. Estos incluyen el secado, la congelación, el calentamiento, la molienda, el prensado, el envasado, la refrigeración y la irradiación. La mayoría de las culturas agregan hierbas y especias a los alimentos antes de comerlos para darles sabor, aunque la mayoría no afecta significativamente la nutrición. También se utilizan otros aditivos para mejorar la seguridad, la calidad, el sabor y el contenido nutricional de los alimentos.

Los humanos obtienen la mayoría de los carbohidratos como almidón de los cereales, aunque el azúcar ha ganado importancia. Los lípidos se pueden encontrar en la grasa animal , la grasa de mantequilla , el aceite vegetal y las verduras de hoja , y también se usan para aumentar el sabor de los alimentos. La proteína se puede encontrar en prácticamente todos los alimentos, ya que constituye el material celular, aunque ciertos métodos de procesamiento de alimentos pueden reducir la cantidad de proteína en un alimento. Los seres humanos también pueden obtener energía del etanol , que es tanto un alimento como un fármaco, pero proporciona relativamente pocos nutrientes esenciales y está asociado con deficiencias nutricionales y otros riesgos para la salud.

En los seres humanos, la mala nutrición puede causar enfermedades relacionadas con la deficiencia, como ceguera , anemia , escorbuto , parto prematuro , muerte fetal y cretinismo , o condiciones que amenazan la salud por exceso de nutrientes, como la obesidad y el síndrome metabólico ; y enfermedades sistémicas crónicas comunes tales como enfermedades cardiovasculares , diabetes y osteoporosis . La desnutrición puede provocar emaciación en casos agudos y retraso del crecimiento o marasmo en casos crónicos de desnutrición.

Animal doméstico

En los animales domésticos , como las mascotas , el ganado y los animales de trabajo , así como en otros animales en cautiverio , la nutrición está a cargo de los humanos a través de la alimentación animal . Se proporciona forraje y forraje al ganado. La comida especializada para mascotas se ha fabricado desde 1860, y la investigación y el desarrollo posteriores han abordado las necesidades nutricionales de las mascotas. La comida para perros y la comida para gatos en particular están muy estudiadas y, por lo general, incluyen todos los nutrientes esenciales para estos animales. Los gatos son sensibles a algunos nutrientes comunes, como la taurina , y requieren nutrientes adicionales derivados de la carne. Los cachorros de razas grandes son susceptibles a la sobrenutrición, ya que la comida para perros de razas pequeñas es más densa en energía de la que pueden absorber.

Planta

Esquema de la fotosíntesis en las plantas. Los carbohidratos producidos son almacenados o utilizados por la planta.

La mayoría de las plantas obtienen nutrientes a través de sustancias inorgánicas que absorben del suelo o de la atmósfera. El carbono, el hidrógeno, el oxígeno, el nitrógeno y el azufre son nutrientes esenciales que componen la materia orgánica en una planta y permiten los procesos enzimáticos. Estos son iones absorbidos en el suelo, como bicarbonato , nitrato , amonio y sulfato , o se absorben como gases, como dióxido de carbono, agua, oxígeno gaseoso y dióxido de azufre . Para la esterificación se utilizan fósforo, boro y silicio . Se obtienen a través del suelo como fosfatos , ácido bórico y ácido silícico , respectivamente. Otros nutrientes utilizados por las plantas son potasio, sodio, calcio, magnesio, manganeso, cloro, hierro, cobre, zinc y molibdeno.

Las plantas absorben elementos esenciales del suelo a través de sus raíces y del aire (que consiste principalmente en nitrógeno y oxígeno) a través de sus hojas . La absorción de nutrientes en el suelo se logra mediante el intercambio de cationes , en el que los pelos de las raíces bombean iones de hidrógeno (H + ) al suelo a través de bombas de protones . Estos iones de hidrógeno desplazan a los cationes adheridos a las partículas del suelo cargadas negativamente para que los cationes estén disponibles para que las raíces los absorban. En las hojas, los estomas se abren para absorber dióxido de carbono y expulsar oxígeno . Aunque el nitrógeno es abundante en la atmósfera de la Tierra, muy pocas plantas pueden usarlo directamente. La mayoría de las plantas, por lo tanto, requieren que los compuestos de nitrógeno estén presentes en el suelo en el que crecen. Esto es posible gracias al hecho de que el nitrógeno atmosférico, en gran parte inerte, se cambia en un proceso de fijación de nitrógeno a formas biológicamente utilizables en el suelo por bacterias.

Como estos nutrientes no aportan energía a la planta, deben obtener energía por otros medios. Las plantas verdes absorben energía de la luz solar con cloroplastos y la convierten en energía utilizable a través de la fotosíntesis .

Hongo

Los hongos son quimioheterótrofos que consumen materia externa para obtener energía. La mayoría de los hongos absorben materia a través del micelio similar a una raíz, que crece a través de la fuente de nutrientes del organismo y puede extenderse indefinidamente. El hongo excreta enzimas extracelulares para descomponer la materia circundante y luego absorbe los nutrientes a través de la pared celular. Los hongos pueden ser parásitos, saprofitos o simbióticos. Los hongos parásitos se adhieren y se alimentan de huéspedes vivos, como animales, plantas u otros hongos. Los hongos saprofitos se alimentan de organismos muertos y en descomposición. Los hongos simbióticos crecen alrededor de otros organismos e intercambian nutrientes con ellos.

protista

Los protistas incluyen todos los eucariotas que no son animales, plantas u hongos, lo que da como resultado una gran diversidad entre ellos. Las algas son protistas fotosintéticos que pueden producir energía a partir de la luz. Varios tipos de protistas usan micelio similar al de los hongos. Los protozoos son protistas heterótrofos y diferentes protozoos buscan nutrientes de diferentes maneras. Los protozoos flagelados usan un flagelo para ayudar en la caza de alimentos, y algunos protozoos viajan a través de esporas infecciosas para actuar como parásitos. Muchos protistas son mixotróficos, con características tanto fototróficas como heterótrofas. Los protistas mixotróficos generalmente dependerán de una fuente de nutrientes mientras usan la otra como fuente complementaria o alternativa temporal cuando su fuente principal no está disponible.

procariota

Vista simplificada del metabolismo celular

Los procariotas , incluidas las bacterias y las arqueas , varían mucho en la forma en que obtienen los nutrientes entre los grupos nutricionales. Los procariotas solo pueden transportar compuestos solubles a través de sus envolturas celulares, pero pueden descomponer los componentes químicos que los rodean. Algunos procariotas litotróficos son extremófilos que pueden sobrevivir en entornos privados de nutrientes al descomponer la materia inorgánica. Los procariotas fototróficos, como las cianobacterias y la cloroflexia , pueden participar en la fotosíntesis para obtener energía de la luz solar. Esto es común entre las bacterias que se forman en las esteras sobre los manantiales geotérmicos. Los procariotas fototróficos normalmente obtienen carbono a partir de la asimilación de dióxido de carbono a través del ciclo de Calvin .

Algunos procariotas, como Bdellovibrio y Ensifer , son depredadores y se alimentan de otros organismos unicelulares. Los procariotas depredadores buscan otros organismos a través de la quimiotaxis o la colisión aleatoria, se fusionan con el organismo, lo degradan y absorben los nutrientes liberados. Las estrategias depredadoras de los procariotas incluyen adherirse a la superficie exterior del organismo y degradarla externamente, entrar en el citoplasma del organismo o entrar en el espacio periplásmico del organismo. Los grupos de procariotas depredadoras pueden renunciar al apego al producir colectivamente enzimas hidrolíticas .

Ver también

  • Ley del mínimo de Liebig  : el crecimiento está limitado por el recurso más escaso
  • Densidad de nutrientes  : la proporción de cualquier conjunto de un solo nutriente o factor nutricional, o de numerosos nutrientes en los alimentos, a menudo ordenados por diferentes índices escalares.
  • Análisis nutricional
  • Recurso (biología)  – sustancia u objeto en el medio ambiente requerido por un organismo para el crecimiento, mantenimiento y reproducción normales
  • Sustrato (biología)  : superficie en la que vive una planta o un animal.

Referencias

Bibliografía

enlaces externos