Prácticamente todas las tareas desarrolladas por los seres vivos requieren de energía. La energía no solamente se necesita para realizar ejercicios o tareas pesadas, también hacemos uso de ella cuando pensamos e incluso cuando dormimos, su utilización por parte de todos los organismos es, por tanto, constante.
La energía es necesaria para que las células del sistema inmunitario puedan absorber, digerir y descomponer virus y bacterias patógenas. Es también imprescindible para la eliminación de toxinas y desechos, el transporte de neurotransmisores y hormonas o la síntesis y descomposición química de moléculas.
Los nutrientes y otras moléculas son importados, metabolizados (descompuestos) y posiblemente sintetizados en otras moléculas, modificados en algunos casos, transportados a otras células y posiblemente distribuidos a todo el organismo.
Todos los procesos celulares, tales como la construcción y descomposición de moléculas complejas ocurren a través de una serie de reacciones químicas escalonadas.
Al conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el interior de las células, incluidas las que liberan y usan energía, se le denomina metabolismo celular.
Al conjunto de reacciones químicas que tienen lugar en el interior de las células, incluidas las que liberan y usan energía, se le denomina metabolismo celular.
Rutas metabólicas
Una ruta metabólica es una serie de reacciones químicas interconectadas que convierten una molécula/s sustrato, paso a paso mediante un conjunto de productos metabólicos intermedios, en un producto/s final/es.
En el caso del metabolismo del azúcar (clásico ejemplo de muchos procesos celulares), en una de sus rutas metabólicas se sintetiza glucosa (azúcar simple) a partir de moléculas más pequeñas:
Mientras que en otra ruta metabólica distinta es la glucosa la que se descompone en moléculas más pequeñas:
Consecuentemente, el metabolismo se compone de construcción o anabolismo (primera reacción) y descomposición o catabolismo (segunda reacción).
En el caso del metabolismo del azúcar (clásico ejemplo de muchos procesos celulares), en una de sus rutas metabólicas se sintetiza glucosa (azúcar simple) a partir de moléculas más pequeñas:
6CO2 + 6H2 O + energía → C6 H12 O6 + 6O2
Mientras que en otra ruta metabólica distinta es la glucosa la que se descompone en moléculas más pequeñas:
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2 O + energía
Consecuentemente, el metabolismo se compone de construcción o anabolismo (primera reacción) y descomposición o catabolismo (segunda reacción).
Estas rutas metabólicas no tienen lugar espontáneamente, sino que cada reacción es facilitada o catalizada por unas proteínas denominadas enzimas, que catalizan tanto las reacciones que liberan energía como las que requieren de su utilización.
Energía potencial, libre y de activación
Las moléculas debido a la ruptura de sus enlaces tienen la capacidad de liberar energía, que se conoce con el nombre de energía potencial. Las células para desempeñar sus funciones dependen de la extracción de esa energía potencial.La energía libre es un concepto que mide la disponibilidad de energía para llevar a cabo un trabajo. Esta energía libre es modificada durante las reacciones químicas (donde ocurren transferencias de energía) y a este cambio se le denomina energía libre de Gibbs (ΔG).
Si una reacción es espontánea indica que sus productos tienen menos energía que sus reactivos, y viceversa en las reacciones no espontáneas.
Sin embargo, independientemente del tipo de reacción, todas ellas requieren de un aporte inicial de energía para alcanzar el estado de transición[1]. Este aporte se conoce como energía de activación.
El valor de ΔG puede ser negativo, con lo cual se libera energía, son las denominadas reacciones exergónicas o espontáneas. Por el contrario, si el valor de ΔG es positivo, la reacción consume energía y hablamos entonces de reacciones endergónicas o no espontáneas.
Si una reacción es espontánea indica que sus productos tienen menos energía que sus reactivos, y viceversa en las reacciones no espontáneas.
Sin embargo, independientemente del tipo de reacción, todas ellas requieren de un aporte inicial de energía para alcanzar el estado de transición[1]. Este aporte se conoce como energía de activación.
ATP: Trifosfato de adenosina
El ATP es la molécula suministradora de energía primaria en las células vivas. Se compone de un nucleótido, una pentosa (monosacárido de cinco átomos de carbono) y tres grupos fosfatos. Los enlaces que conectan estos tres fosfatos poseen un alto contenido energético que al romperse potencian una serie de reacciones y procesos celulares.
La energía que se libera en la reacción de la hidrólisis del ATP es la que se emplea para desarrollar el trabajo celular:
La energía que se libera en la reacción de la hidrólisis del ATP es la que se emplea para desarrollar el trabajo celular:
ATP +H2O → ADP + Pi[2] + energía libre (reacción reversible)
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Las células usan ATP para realizar su trabajo al acoplar la reacción exergónica de la hidrólisis del ATP con reacciones endergónicas. El ATP dona su grupo fosfato a otra molécula a través de un proceso conocido como fosforilación. Esta molécula fosforilada es menos estable que su forma no fosforilada, pero la energía añadida tras la adición del fosfato permite que ejecute las reacciones endergónicas necesarias para que la célula lleve a cabo sus funciones.
Enzimas
Las enzimas son, por lo habitual, proteínas de una o más cadenas polipeptídicas que aceleran las reacciones químicas que se producen a temperaturas fisiológicas, al disminuir sus energías de activación.
Se unen a los sustratos[3] para catalizar las reacciones de cuatro modos distintos:
Se unen a los sustratos[3] para catalizar las reacciones de cuatro modos distintos:
▣ Participando directamente en las reacciones químicas al formar enlaces covalentes momentáneos con los sustratos.
▣ Uniendo los sustratos en una disposición óptima.
▣ Proporcionando unas condiciones óptimas para que ocurra la reacción.
▣ Actuando sobre las estructuras de los enlaces para que puedan ser rotos más fácilmente.
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Las enzimas van a estar reguladas por condiciones celulares como el pH, la temperatura, su localización dentro de la célula (al estar algunas de ellas compartimentadas).
Pero el mecanismo más común por el que las células regulan las enzimas en las rutas metabólicas es mediante la retroalimentación negativa, en la que los productos de una ruta metabólica actúan como inhibidores (normalmente alostéricos[4]) de una o más enzimas involucradas en la ruta que las producen.
Pero el mecanismo más común por el que las células regulan las enzimas en las rutas metabólicas es mediante la retroalimentación negativa, en la que los productos de una ruta metabólica actúan como inhibidores (normalmente alostéricos[4]) de una o más enzimas involucradas en la ruta que las producen.
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[1] Estado de muy alta energía y corta duración que se produce cuando los reactivos de una reacción se aproximan y experimentan una deformación.
[2] Grupo fosfato inorgánico.
[3] Reactivos químicos específicos sobre los que actúan una enzima en particular.
[4] Disminuyen la actividad de la enzima al provocar un cambio estructural de ésta, los receptores de las enzimas se ven modificados y adoptan su conformación inactiva.
[2] Grupo fosfato inorgánico.
[3] Reactivos químicos específicos sobre los que actúan una enzima en particular.
[4] Disminuyen la actividad de la enzima al provocar un cambio estructural de ésta, los receptores de las enzimas se ven modificados y adoptan su conformación inactiva.
Fuentes: OpenStax College, Biology. OpenStax College. 30 May 2013.
http://cienciasdejoseleg.blogspot.com.es/2013/03/plicacion-de-las-variables.html
http://teenbiotechchallenge.ucdavis.edu/2010_TBC/Peter%20Wang,%20Clara%20Fannjiang,%20William%20Liu/Chemistry.html
https://mollycools.wordpress.com/2014/03/10/enzymes/
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Allosteric_competitive_inhibition_3.svg
http://cienciasdejoseleg.blogspot.com.es/2013/03/plicacion-de-las-variables.html
http://teenbiotechchallenge.ucdavis.edu/2010_TBC/Peter%20Wang,%20Clara%20Fannjiang,%20William%20Liu/Chemistry.html
https://mollycools.wordpress.com/2014/03/10/enzymes/
https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Allosteric_competitive_inhibition_3.svg
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