Post on 11-Jan-2016
description
7/3/2014 Capítulo 4. Metabolismo y energía | Biología, 7ma edición
http://curtisbiologia.com/node/84 1/4
Capítulo 4. Metabolismo y energía
Clases de energía y transformaciones energéticas
1. La energía se manifiesta de diferentes formas (eléctrica, radiante, química, nuclear) que pueden
ser interconvertidas casi sin restricciones. La termodinámica estudia la conversión de una forma de
energía en otra.
2. En los seres vivos, las conversiones energéticas están gobernadas por las leyes de la
termodinámica.
Principio de conservación de la energía: primera ley de la termodinámica
3. La primera ley de la termodinámica dice que "La energía del Universo permanece constante".
Esto significa que la energía no se crea ni se destruye, pero puede ser transformada.
4. Los seres vivos son sistemas abiertos que intercambian materia y energía con el ambiente.
Cuando en un ser vivo ocurre un proceso determinado, la energía que se pierde o se disipa es igual
a la que gana el ambiente.
5. La vida es un proceso de combustión. Los organismos oxidan carbohidratos y convierten la
energía almacenada en los enlaces químicos en otras formas de energía, según la siguiente
reacción global, que expresa la oxidación (/glossary/term/789) de la glucosa (/glossary/term/524) :
C6H12O6 + 6O2 → 6CO2 + 6H2O + Energía.
6. La energía total liberada durante la oxidación de la glucosa está compuesta por una fracción
"útil" y una fracción que se disipa en forma de calor.
Dirección de los procesos naturales: segunda ley de la termodinámica
7. Los procesos naturales espontáneos tienden a disipar los gradientes hasta alcanzar un estado
de equilibrio. En este sentido, los desequilibrios y heterogeneidades pueden considerarse almacenes
de energía "útil" que permiten que los procesos ocurran. La cantidad de energía "útil" será igual a la
energía total puesta en juego durante el proceso, menos cierta cantidad de energía que,
inevitablemente, se disipará.
8. La energía disipada puede expresarse como el producto entre la temperatura y un factor
llamado entropía (/glossary/term/363) (H). La segunda ley de la termodinámica dice que "La entropía
del Universo tiende a un máximo". Esto significa que los procesos naturales espontáneos ocurren
siempre en una misma dirección: la que conduce a un aumento de la entropía.
9. En un sistema aislado, la energía "útil" es usada para convertir las heterogeneidades en
homogeneidades. Cuando esta energía se agota, el sistema alcanza el equilibrio, la entropía es
máxima y ya no puede ocurrir ningún otro proceso. En estos sistemas, la entropía permite predecir
la dirección de los procesos espontáneos.
¿Qué es la vida?: los sistemas biológicos y la segunda ley de la termodinámica
10. Los seres vivos son estructuras complejas, extremadamente ordenadas, claramente
7/3/2014 Capítulo 4. Metabolismo y energía | Biología, 7ma edición
http://curtisbiologia.com/node/84 2/4
diferenciadas de su entorno, dotadas de información y alejadas por completo del estado de
equilibrio. Para mantener su organización, requieren un suministro constante de energía.
11. En los seres vivos conviven dos procesos esenciales: la generación de orden a partir de orden
(producen réplicas de sí mismos) y la generación de orden a partir de desorden (se mantienen
alejados del equilibrio).
12. Los sistemas biológicos deben considerarse juntamente con su entorno. Los organismos
ganan orden interno a expensas de generar desorden en su ambiente. De esta manera, la entropía
del conjunto siempre aumenta. El sistema se mantiene estacionario porque existen procesos
balanceados.
Reacciones químicas en los seres vivos
13. Las reacciones químicas de oxidorreducción son aquellas que implican el movimiento de
electrones de un átomo (/glossary/term/108) (o molécula (/glossary/term/704) ) a otro. El átomo (o la
molécula) que cede un electrón (/glossary/term/336) se oxida; el que lo recibe, se reduce.
14. La entalpía (/glossary/term/359) (S) es la cantidad de energía puesta en juego durante una
reacción química (/glossary/term/901) en condiciones de presión constante. Esta energía es igual al
calor cedido o ganado al ocurrir la reacción. La entalpía global de una reacción es siempre igual a la
diferencia de entalpía entre los productos y los sustratos. Si al producirse la reacción se libera
energía, la entalpía de los productos disminuye. Este tipo de reacción se denomina exotérmica. Si
absorbe energía, se denomina endotérmica.
15. La función termodinámica más utilizada en bioquímica es la energía libre de Gibbs (G), cuya
variación en una reacción química se expresa como ∆G = ∆H - T∆S. La dirección natural de toda
reacción es aquella en la que disminuye su energía libre; por lo tanto, cuando el valor de su ∆G es
negativo, se puede predecir que la reacción ocurrirá en forma espontánea. Este hecho explica por
qué aun las reacciones endotérmicas pueden ser espontáneas.
Los participantes celulares en la transformación (/glossary/term/1067)
energética
16. Las enzimas son proteínas globulares formadas por una o más cadenas polipeptídicas. Aceleran
la velocidad de las reacciones químicas, participando en su mecanismo pero sin sufrir un cambio
químico permanente. También influyen sobre el rendimiento, ya que aseguran que todo el reactivo
se transforme en producto y que no aparezcan productos secundarios.
17. Todas las enzimas presentan un sitio activo (/glossary/term/1001) en el que se acomodan los
sustratos. Las enzimas que catalizan los procesos metabólicos básicos son altamente específicas.
Esta especificidad se basa en el reconocimiento de formas entre las superficies del sitio activo y del
sustrato (/glossary/term/1019) .
Fig. 4-11. Hipótesis del ajuste inducido
Previo a la interacción con el sustrato, el sitio activo de la enzima
(/glossary/term/365) se encuentra en una forma relajada pero capaz de
reconocer específicamente a su sustrato. Al producirse la interacción, el
sustrato induce un íntimo ajuste con el sitio activo. Esta reacomodación
del sitio activo provoca una tensión en la molécula del sustrato que facilita
la reacción. Finalmente, los productos se liberan.
7/3/2014 Capítulo 4. Metabolismo y energía | Biología, 7ma edición
http://curtisbiologia.com/node/84 3/4
18. La energía de activación (/glossary/term/354) es la diferencia entre la energía libre de los reactivos
y sus estados intermedios. Para que una reacción química ocurra, los reactivos deben alcanzar la
energía de activación. Así, la velocidad de una reacción química es proporcional a la cantidad de
átomos o moléculas que estén alcanzando la energía de activación en un tiempo dado. Por esta
razón, las velocidades de reacción dependen de la temperatura y de la concentración de los
reactivos.
19. Las enzimas forman asociaciones temporales con las moléculas reactivas y así disminuye la
energía de activación. Estas asociaciones acercan y debilitan los enlaces químicos existentes, lo
cual facilita la formación de otros nuevos.
20. Muchas enzimas sólo funcionan en presencia de cofactores o coenzimas. Los cofactores son
iones o moléculas orgánicas no proteicas y de bajo peso molecular (/glossary/term/813) . Las
coenzimas suelen recibir y transferir electrones.
Metabolismo: red de redes
21. El metabolismo (/glossary/term/682) es la suma de las reacciones químicas que ocurren en los
seres vivos. Las células son el "recipiente" donde se llevan a cabo estas reacciones y las enzimas
son sus piezas más importantes.
22. El anabolismo abarca las reacciones de biosíntesis (/glossary/term/133) de las partes estructurales
y funcionales de las células; el catabolismo (/glossary/term/180) , las de degradación, que proveen la
energía y los materiales necesarios para la biosíntesis.
23. Las vías metabólicas son los pasos ordenados en que se agrupan las reacciones metabólicas.
Algunas vías metabólicas, como la glucólisis (/glossary/term/523) y la respiración (/glossary/term/916) ,
ocurren en casi todos los seres vivos.
24. La ciencia concibe el metabolismo como una red de redes. En los nodos están las enzimas y
las proteínas relacionadas, las conexiones son establecidas por los metabolitos o productos
intermediarios.
Regulación de la actividad enzimática
25. Las enzimas alostéricas pueden activarse o desactivarse temporalmente. Esto ocurre cuando
una segunda molécula (efector alostérico (/glossary/term/1213) ) se une a un sitio de la enzima
distinto del sitio activo. Al producirse la unión, la conformación de la enzima cambia y su sitio activo
se modifica.
Fig. 4-14. Efectores alostéricos
Un efector (/glossary/term/333) alostérico es una molécula pequeña que puede interactuar con
enzimas en regiones diferentes del sitio activo. Esta unión tiene un impacto drástico sobre la
estructura terciaria o cuaternaria de las enzimas, que en consecuencia altera su actividad. Los
efectores alostéricos pueden actuar como activadores o, como se muestra en la figura,
inhibidores.
7/3/2014 Capítulo 4. Metabolismo y energía | Biología, 7ma edición
http://curtisbiologia.com/node/84 4/4
26. En otros casos, la regulación consiste en sintetizar las enzimas sólo
cuando son necesarias.
27. La regulación postraduccional abarca cualquier modificación producida
en la estructura de las enzimas una vez que han sido sintetizadas. Algunas
enzimas son polipéptidos inactivos que se activan cuando otra enzima los corta. Otra forma de
activar o inactivar una enzima es mediante la unión covalente de grupos fosfato a los residuos de
aminoácidos (/glossary/term/63) .
28. La temperatura regula en forma más general la actividad enzimática. En la mayoría de los
casos, la velocidad de una reacción se duplica por cada 10 °C que aumenta la temperatura y decae
rápidamente por encima de los 40 °C.
29. Los inhibidores enzimáticos pueden unirse al sitio activo de una enzima (inhibición competitiva)
o a un sitio diferente del activo (inhibición no competitiva). Si el inhibidor desnaturaliza a la enzima
o se une en forma permanente al sitio activo, la inhibición es irreversible.
ATP (/glossary/term/37) : la moneda energética de la célula (/glossary/term/7)
30. El trifosfato de adenosina (/glossary/term/172) (ATP) está formado por la base nitrogenada
(/glossary/term/122) adenina (/glossary/term/31) , el azúcar (/glossary/term/117) de cinco carbonos ribosa y
tres grupos fosfato. Los enlaces covalentes entre los tres grupos fosfato son de alta energía. La
energía que se libera cuando estos enlaces son hidrolizados es suficiente para poner en marcha
muchas reacciones celulares.
Fig. 4-19. ATP y ADP (/glossary/term/33)
Se presume que la interconversión entre ATP y ADP es una de las
reacciones mayoritarias en los organismos vivos. Se ha estimado que un
ser humano utiliza 40 kg de ATP por día. Esto implicaría que cada molécula
de ADP es fosforilada a ATP y posteriormente desfosforilada unas 1.000
veces por día.
33. La fosforilación (/glossary/term/465) es la transferencia del grupo fosfato terminal del ATP a otra
molécula. La desfosforilación es la eliminación de los grupos fosfato. Ambas reacciones son
catalizadas por enzimas y cumplen un papel importante en la regulación de muchas actividades de
la célula.