El uso problemático de la glucosa en la definición de respiración y fotosíntesis.

¿Por qué es problemática la palabra glucosa?

La respiración celular, que es la oxidación de moléculas orgánicas para la producción de ATP, se define a menudo mediante el resumen: Glucosa + oxígeno --> agua + dióxido de carbono. Pero, ¿es ésta la mejor definición que podemos dar a nuestros alumnos de secundaria?

La glucosa no es la única molécula utilizada en la respiración celular; de hecho, muchas moléculas orgánicas se oxidan, incluidos los ácidos grasos, los aminoácidos y el etanol. Así, podemos crear una discrepancia entre el conocimiento común de la dieta y la salud y la idea de que la respiración es la oxidación de la glucosa.

Consideremos un puñado de posibles preguntas que pueden surgir: ¿Es por tanto el azúcar completamente esencial en nuestra dieta? ¿Por qué almacenamos grandes cantidades de energía en forma de grasas en el tejido adiposo? Cuando enseñamos los macronutrientes, ¿por qué decimos que la grasa se utiliza como energía si les enseñamos que es la glucosa la que sufre la oxidación? A medida que aumenta la popularidad de la dieta cetogénica, ¿cómo es posible que podamos sobrevivir gracias a la oxidación de los cuerpos cetónicos circulantes principalmente? De hecho, los bebés humanos son los reyes cetogénicos y a menudo vuelven a la cetosis.

¿Qué hay de la degradación muscular para la producción de energía? Los deportistas y las personas que van al gimnasio suelen ser conscientes de estos problemas y se aseguran de incluir cantidades adecuadas de proteínas en su dieta después del ejercicio. ¿Por qué perdemos masa muscular cuando ayunamos o hacemos dieta? ¿Y cómo es posible que el etanol de nuestras bebidas alcohólicas contenga tanta energía accesible, si sólo oxidamos glucosa?

No podemos permitir que las excepciones formen la regla, pero tampoco podemos permitir que un solo ejemplo forme la regla. La flexibilidad metabólica no es una excepción, es la norma. El ser humano oxida ácidos grasos todo el día. Más allá de la biología humana, la respiración celular puede ser mucho más flexible. Si es a través de la construcción de conexiones como se obtiene la comprensión, entonces el único uso de la palabra glucosa limita este proceso. Los alumnos deben tener claro que la glucosa es un ejemplo de muchos.

Por supuesto, una de las mayores ventajas de utilizar glucosa en la definición es que puede alinearse con un resumen de la fotosíntesis: Agua + dióxido de carbono --> glucosa + oxígeno, resaltando así la importante relación entre estas reacciones. Sin embargo, si sustituimos la glucosa por moléculas orgánicas, ganamos en precisión sin perder nuestra capacidad de comparación.

El inconveniente, por supuesto, es que no podemos comprometernos con una ecuación simbólica equilibrada (fácil de aprender), pero ¿hasta qué punto es esto útil para una verdadera comprensión biológica? (¿Es sólo para apaciguar a los químicos?).

En la educación posterior a los 16 años, cuando se estudia la bioquímica en detalle, puede ser beneficioso estudiar una ecuación equilibrada, pero ¿qué ocurre antes de este nivel, en qué etapa de la educación biológica tiene utilidad conceptual una ecuación equilibrada de la fotosíntesis y la respiración celular?

Otro ejemplo de su utilidad es la relación entre la oxidación de la glucosa y cómo enseñamos la homeostasis de la glucosa en sangre. En este caso es de gran utilidad, y no estoy abogando por evitar la palabra glucosa, sólo que hay que saber que es un ejemplo de moléculas utilizadas en la respiración celular, y que debemos considerar cuándo en la enseñanza biológica es apropiado introducir el término.

A menudo me encuentro con que uno de los conceptos erróneos que tienen los alumnos es que comemos alimentos para obtener energía. Esto es cierto en parte, pero a menudo no comprenden la necesidad anabólica de obtener moléculas orgánicas para la producción y el mantenimiento de las células. Lo mismo puede decirse de las ideas erróneas sobre la fotosíntesis, ya que los alumnos no reconocen que los productos de la reacción también se utilizan para construir las células del organismo. La fotosíntesis y la respiración no son sólo una historia de energía, sino también de materia.

En mis clases enseño la definición utilizando el término moléculas orgánicas, y cuando estudiamos la respiración celular, señalo que estamos estudiando la oxidación de la glucosa en la respiración celular como un ejemplo (importante), y que se pueden incorporar otras moléculas al proceso.

En la fotosíntesis, el producto final no es la glucosa, sino la triosa fosfato, un precursor que los organismos fotosintéticos utilizan para producir una serie de moléculas orgánicas. De nuevo, la glucosa sólo se utiliza en la ecuación para permitir una conexión más sencilla con la respiración celular (y esa molesta ecuación de símbolos equilibrados).

Sé que los profesores querrán iniciar pronto a los alumnos en las definiciones que necesitarán más adelante, pero ¿es útil para la comprensión biológica? Creo que, a medida que los alumnos avanzan en su formación en biología, podemos perfeccionar nuestros términos para ofrecerles más detalles científicos, pero el objetivo principal es ayudarles a comprender la relación biológica entre la energía y la materia a través de la fotosíntesis y la respiración.

Lo que he estado haciendo con los alumnos de 7º curso (11 años)

Durante los últimos años, en mis clases de 7º curso, he sustituido la palabra "alimento" por la palabra "glucosa". Cualitativamente, me gustaría decir que he notado un aumento de la comprensión. Me gusta la palabra alimento en este contexto (primer curso de enseñanza secundaria de biología), porque se relaciona fácilmente con sus conocimientos previos.

Los seres humanos respiramos para obtener oxígeno, y comemos para obtener alimentos (moléculas orgánicas), pero en esta etapa los alumnos suelen responder teleológicamente, como «respiramos por nuestros pulmones». Es durante este primer año cuando tenemos que relacionar estos comportamientos con la producción de energía y la construcción de las células sin limitar su comprensión sólo a la glucosa. Utilizando esta imagen puedo ayudar a los alumnos a construir una gran comprensión conceptual:

Los alumnos tienen que entender que ellos mismos se construyen a partir de moléculas orgánicas (alimentos), se construyen a partir de lo que comen. Si podemos decir que la carne de vacuno es alimento (principalmente moléculas orgánicas y agua), lógicamente nosotros también lo somos. Cuando los alumnos tienen bastante claro este concepto (me refiero a lo largo del tiempo, no en una sola lección), la fotosíntesis resulta más fácil, basta con un simple diagrama del ciclo de la materia y la entrada de energía para una comprensión intuitiva: La fotosíntesis reconstruye el alimento utilizando la energía de la luz, y nosotros formamos parte de este gran ciclo:

Como sabemos, la respiración y la fotosíntesis son conceptos centrales en la enseñanza de la biología y, por tanto, deben reaparecer con regularidad, lo que ofrece amplias oportunidades para refinar nuestros términos. El 7º curso no es el momento de definir todo el vocabulario técnico que, en última instancia, queremos que los alumnos obtengan al final de la enseñanza secundaria, sino el momento de dar una base firme de las grandes ideas de la biología.

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Christian Moore-Anderson (sobre mí)

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