ENERGIA Y METABOLISMOENERGIA Y METABOLISMO TTodos los seres vivos requieren energía odos los seres vivos requieren energía porque los procesos biológicos implican porque los procesos biológicos implican la realización de trabala realización de trabajojoPodría parecer obvio que las células Podría parecer obvio que las células necesitan energía para crecer y necesitan energía para crecer y reproducirse, pero incluso las células reproducirse, pero incluso las células que no se encuentran en crecimiento que no se encuentran en crecimiento necesitan energía para el solo necesitan energía para el solo mantenimientomantenimiento

El Sol es la fuente primordial de casi El Sol es la fuente primordial de casi toda la energía que sustenta la vida.toda la energía que sustenta la vida. . Las plantas y otros orga nismos . Las plantas y otros orga nismos fotosintéticos captan una diminuta fotosintéticos captan una diminuta porción de dicha energía y, en el porción de dicha energía y, en el proceso de la fotosíntesis, la proceso de la fotosíntesis, la convierten en energía química en las convierten en energía química en las moléculas orgánicas.moléculas orgánicas.

La energía química capturada por la La energía química capturada por la fotosíntesis y almacenada en fotosíntesis y almacenada en semillas y hojas se transfiere a los semillas y hojas se transfiere a los animales cuando éstos se alimentan.animales cuando éstos se alimentan. Dado que la energía no se crea ni se Dado que la energía no se crea ni se destruye, las células no tie nen forma destruye, las células no tie nen forma de producir nueva energía.de producir nueva energía. Esta es capturada del ambiente, se Esta es capturada del ambiente, se almacena temporalmente y después almacena temporalmente y después se utiliza para realizar trabajo se utiliza para realizar trabajo biológico. biológico.

Sin embargo, no toda la energía Sin embargo, no toda la energía capturada es utilizable; en cada paso capturada es utilizable; en cada paso parte de ella se convierte de manera parte de ella se convierte de manera inevitable en calor y se dispersa de inevitable en calor y se dispersa de vuelta al entorno.vuelta al entorno.Las células tienen mecanismos Las células tienen mecanismos metabólicos que convierten energía metabólicos que convierten energía de una forma a otra.de una forma a otra.

METABOLISMOMETABOLISMO El origen de la palabra metabolismo El origen de la palabra metabolismo viene de la voz griega metabolé que viene de la voz griega metabolé que quiere decir cambio, transformaciónquiere decir cambio, transformaciónEl conjunto de cambio de sustancias y El conjunto de cambio de sustancias y transformaciones de energía que tiene transformaciones de energía que tiene lugar en los seres vivos.lugar en los seres vivos.Fases del Metabolismo:Fases del Metabolismo:

1.1. Absorción.-Es la fase donde penetran en Absorción.-Es la fase donde penetran en el protoplasma las sustancias químicas y el protoplasma las sustancias químicas y la energía que procede del medio la energía que procede del medio ambiente.ambiente.

Todo lo que absorbe el protoplasma debe Todo lo que absorbe el protoplasma debe hallarse en solución sean, sólidas, hallarse en solución sean, sólidas, líquidas o gaseosas.líquidas o gaseosas.

2.- 2.- Transformación.-La fase de Transformación.-La fase de transformación abarca todos los actos transformación abarca todos los actos por los que el protoplasma transforma por los que el protoplasma transforma las especies químicas y la energía las especies químicas y la energía absorbidasabsorbidas, comprende:, comprende:2.1.-2.1.-La secreción.-protoplasma produzca La secreción.-protoplasma produzca compuestos (enzimas o fermentos) que compuestos (enzimas o fermentos) que intervienen en las transformacionesintervienen en las transformaciones

2.2.-2.2.-La digestión.- Consiste en hacer La digestión.- Consiste en hacer solubles las sustancias absorbidas que solubles las sustancias absorbidas que las pone en condiciones de entrar en las pone en condiciones de entrar en reacción con formación de otras reacción con formación de otras sustancias químicas.sustancias químicas.2.3.-La asimilación.- Consiste en que el 2.3.-La asimilación.- Consiste en que el protoplasma se transforme en algunos protoplasma se transforme en algunos de sus componentes propiosde sus componentes propios

2.4.-2.4.- La desasimilación.- Consiste en que La desasimilación.- Consiste en que en el protoplasma se desintegra parte en el protoplasma se desintegra parte de sus componentes o de sus reservas, de sus componentes o de sus reservas, de los que resultan los compuestos y la de los que resultan los compuestos y la energía que interviene en la asimilación.energía que interviene en la asimilación.

3.-.Excreción.- Consiste en la eliminación 3.-.Excreción.- Consiste en la eliminación de las especies químicas que no sé de las especies químicas que no sé incorporados al protoplasma o se incorporados al protoplasma o se dispersa energía (calor, luz).dispersa energía (calor, luz).

CATABOLISMO Y ANABOLISMO CATABOLISMO Y ANABOLISMO La absorción, transformación y excreción que La absorción, transformación y excreción que constantemente se produce en los organismos constantemente se produce en los organismos vivos dan un crecimiento de la materia y de la vivos dan un crecimiento de la materia y de la energía (anabolismo) o de un decrecimiento o energía (anabolismo) o de un decrecimiento o pérdida de materia y energía (catabolismo).pérdida de materia y energía (catabolismo).El metabolismo se divide en dos procesos El metabolismo se divide en dos procesos conjugados:conjugados:

1.1. Catabolismo.-Liberan energía; un ejemplo es la Catabolismo.-Liberan energía; un ejemplo es la glucólisis, un proceso de degradación de , un proceso de degradación de compuestos como la compuestos como la glucosaglucosa, cuya reacción , cuya reacción resulta en la liberación de la energía retenida resulta en la liberación de la energía retenida en sus enlaces químicos.en sus enlaces químicos.

2.2. Anabolismo.-Utilizan esta Anabolismo.-Utilizan esta energíaenergía liberada para liberada para recomponer enlaces químicos y construir recomponer enlaces químicos y construir componentes de las células como lo son las componentes de las células como lo son las proteínasproteínas y los y los ácidos nucleicosácidos nucleicos..

El catabolismo y el anabolismo son El catabolismo y el anabolismo son procesos acoplados que hacen al procesos acoplados que hacen al metabolismo en conjunto, puesto que metabolismo en conjunto, puesto que cada uno depende del otro.cada uno depende del otro.La economía que la actividad celular La economía que la actividad celular impone sobre sus recursos obliga a impone sobre sus recursos obliga a organizar estrictamente las reacciones organizar estrictamente las reacciones químicas del metabolismo en vías o químicas del metabolismo en vías o rutas metabólicasrutas metabólicas, donde un compuesto , donde un compuesto químico (químico (sustratosustrato) es transformado en otro ) es transformado en otro (producto), y este a su vez funciona como (producto), y este a su vez funciona como sustrato para generar otro producto, sustrato para generar otro producto, siguiendo una secuencia de reacciones siguiendo una secuencia de reacciones bajo la intervención de diferentes bajo la intervención de diferentes enzimasenzimas (generalmente una para cada sustrato-(generalmente una para cada sustrato-reacción)reacción)

Las enzimas son cruciales en el Las enzimas son cruciales en el metabolismo porque agilizan las metabolismo porque agilizan las reacciones físicoquímicas, pues hacen que reacciones físicoquímicas, pues hacen que posibles reacciones posibles reacciones termodinámicastermodinámicas deseadas pero "desfavorables", mediante deseadas pero "desfavorables", mediante un acoplamiento, resulten en reacciones un acoplamiento, resulten en reacciones favorablesfavorables Las enzimas también se comportan como Las enzimas también se comportan como factores reguladores de las vías factores reguladores de las vías metabólicasmetabólicas modificando su funcionalidad modificando su funcionalidad y por ende, la actividad completa de la vía y por ende, la actividad completa de la vía metabólica en respuesta al ambiente y metabólica en respuesta al ambiente y necesidades de la célula, o según necesidades de la célula, o según señales de otras célulasseñales de otras células..

Una característica del metabolismo Una característica del metabolismo es la similitud de las rutas es la similitud de las rutas metabólicas básicas incluso entre metabólicas básicas incluso entre especies muy diferentesespecies muy diferentes

INVESTIGACIONINVESTIGACION Se estudia por una aproximación Se estudia por una aproximación reduccionistareduccionista que se concentra en una que se concentra en una ruta metabólicaruta metabólica específica.Las enzimas específica.Las enzimas que catabolizan estas reacciones químicas que catabolizan estas reacciones químicas pueden ser purificadas y así estudiar su pueden ser purificadas y así estudiar su cinética enzimáticacinética enzimática y las respuestas que y las respuestas que presentan frente a diversos presentan frente a diversos inhibidoresinhibidores Otro tipo de estudio que se puede llevar a Otro tipo de estudio que se puede llevar a cabo en paralelo es la identificación de los cabo en paralelo es la identificación de los metabolitosmetabolitos presentes en una célula o presentes en una célula o tejido; al estudio de todo el conjunto de tejido; al estudio de todo el conjunto de estas moléculas se le denomina estas moléculas se le denomina metabolómicametabolómica. .

La La ingeniería metabólicaingeniería metabólica.-.-Organismos como las Organismos como las levaduraslevaduras, las , las plantasplantas o las o las bacteriasbacterias son son modificados genéticamente para modificados genéticamente para hacerlos más útiles en algún campo hacerlos más útiles en algún campo de la de la biotecnologíabiotecnología, como puede ser , como puede ser la producción de la producción de drogasdrogas, , antibióticosantibióticos o químicos industriales.o químicos industriales.

BIOMOLECULAS PRINCIPALESBIOMOLECULAS PRINCIPALES La mayor parte de las estructuras que La mayor parte de las estructuras que componen a los componen a los animalesanimales, , plantasplantas y y microbiosmicrobios pertenecen a alguno de estos pertenecen a alguno de estos tres tipos de moléculas básicas: tres tipos de moléculas básicas:

1.1. aminoácidosaminoácidos, , 2.2. glúcidosglúcidos y y 3.3. lípidoslípidos (también denominados (también denominados grasasgrasas).). 4.4. NucleotidosNucleotidos5.5. Coenzimas.-ICoenzimas.-Intermediarios metabólicos ntermediarios metabólicos

para trasladar grupos químicos para trasladar grupos químicos funcionales entre diferentes reacciones.funcionales entre diferentes reacciones.

Como estas moléculas son vitales Como estas moléculas son vitales para la vida, el metabolismo se para la vida, el metabolismo se centra en sintetizar estas centra en sintetizar estas moléculasmoléculas, , en la construcción de células y en la construcción de células y tejidostejidos, o en degradarlas y utilizarlas , o en degradarlas y utilizarlas como recurso energético en la como recurso energético en la digestióndigestión.. Muchas biomoléculas pueden Muchas biomoléculas pueden interaccionar entre sí para crear interaccionar entre sí para crear polímerospolímeros como el como el ADNADN ( (ácido desoxirribonucleicoácido desoxirribonucleico) y las ) y las proteínas. Estas proteínas. Estas macromoléculasmacromoléculas son son esenciales en los esenciales en los organismos vivosorganismos vivos..

CATABOLISMOCATABOLISMOConjunto de procesos metabólicos Conjunto de procesos metabólicos que liberan energía. Estos incluyen que liberan energía. Estos incluyen degradación y degradación y oxidaciónoxidación de de moléculas de alimento, así como moléculas de alimento, así como reacciones que retienen la energía reacciones que retienen la energía del del SolSol. El propósito de estas . El propósito de estas reacciones catabólicas es proveer reacciones catabólicas es proveer energía, energía, poder reductorpoder reductor y y componentes necesitados por componentes necesitados por reacciones anabólicas. reacciones anabólicas.

Diferentes formas de catabolismo Diferentes formas de catabolismo dependen de dependen de reacciones de reducción-oxidaciónreacciones de reducción-oxidación que involucran transferencia de que involucran transferencia de electroneselectrones de moléculas donantes de moléculas donantes (como las moléculas orgánicas, agua, (como las moléculas orgánicas, agua, amoníaco, sulfuro de hidrógeno e amoníaco, sulfuro de hidrógeno e iones ferrosos), a aceptores de iones ferrosos), a aceptores de dichos electrones como el oxígeno, el dichos electrones como el oxígeno, el nitrato o el sulfato. nitrato o el sulfato.

En los animales, estas reacciones En los animales, estas reacciones conllevan la degradación de conllevan la degradación de moléculas orgánicas complejas a moléculas orgánicas complejas a otras más simples, como dióxido de otras más simples, como dióxido de carbono y agua.carbono y agua. El conjunto de reacciones El conjunto de reacciones catabólicas más común en animales catabólicas más común en animales puede ser separado en tres etapas puede ser separado en tres etapas distintas.distintas.

1.1. Moléculas orgánicas grandes como Moléculas orgánicas grandes como las proteínas, polisacáridos o lípidos las proteínas, polisacáridos o lípidos son digeridos en componentes más son digeridos en componentes más pequeños fuera de las células.pequeños fuera de las células.

2.-E2.-Estas moléculas pequeñas son stas moléculas pequeñas son llevadas a las células y convertidas llevadas a las células y convertidas en moléculas aún más pequeñas, en moléculas aún más pequeñas, generalmente acetilos que se unen generalmente acetilos que se unen covalentemente a la coenzima A, covalentemente a la coenzima A, para formar la acetil-coenzima A, para formar la acetil-coenzima A, que libera energía. que libera energía.

3.-E3.-El grupo acetil en la molécula de l grupo acetil en la molécula de acetil CoA es oxidado a agua y acetil CoA es oxidado a agua y dióxido de carbono, liberando dióxido de carbono, liberando energía que se retiene al reducir la energía que se retiene al reducir la coenzima nicotinamida adenina coenzima nicotinamida adenina dinucleótido (NAD+) en NADH.dinucleótido (NAD+) en NADH.

ANABOLISMOANABOLISMOConjunto de procesos metabólicos Conjunto de procesos metabólicos constructivos en donde la energía constructivos en donde la energía liberada por el catabolismo es utilizada liberada por el catabolismo es utilizada para sintetizar moléculas complejas. En para sintetizar moléculas complejas. En general, las moléculas complejas que general, las moléculas complejas que dan lugar a estructuras celulares son dan lugar a estructuras celulares son construidas a partir de precursores construidas a partir de precursores simples. El anabolismo involucra tres simples. El anabolismo involucra tres facetas. facetas.

1.1. producción de precursores como producción de precursores como aminoácidos, monosacáridos, aminoácidos, monosacáridos, isoprenoides y nucleótidos;isoprenoides y nucleótidos;

2.-A2.-Activación en reactivos usando ctivación en reactivos usando energía del ATPenergía del ATP

3.-C3.-Conjunto de estos precursores en onjunto de estos precursores en moléculas más complejas como moléculas más complejas como proteínas, polisacáridos, lípidos y proteínas, polisacáridos, lípidos y ácidos nucleicosácidos nucleicos

Los organismos heterótrofos, en Los organismos heterótrofos, en cambio, requieren de una fuente de cambio, requieren de una fuente de sustancias más complejas, como sustancias más complejas, como monosacáridos y aminoácidos, para monosacáridos y aminoácidos, para producir estas moléculas complejas. producir estas moléculas complejas.

XENOBIOTICOSXENOBIOTICOS Todos los organismos se encuentran Todos los organismos se encuentran constantemente expuestos a compuestos constantemente expuestos a compuestos y elementos químicos que no pueden y elementos químicos que no pueden utilizar como alimento y serían dañinos si utilizar como alimento y serían dañinos si se acumularan en sus células, ya que no se acumularan en sus células, ya que no tendrían una función metabólicatendrían una función metabólica Estos compuestos potencialmente dañinos Estos compuestos potencialmente dañinos son llamados xenobióticos. Los son llamados xenobióticos. Los xenobióticos como las drogas sintéticas, xenobióticos como las drogas sintéticas, los venenos naturales y los antibióticos los venenos naturales y los antibióticos son detoxificados por un conjunto de son detoxificados por un conjunto de enzimas xenobióticas-metabolizadoras. En enzimas xenobióticas-metabolizadoras. En los humanos, esto incluye a las citocromo los humanos, esto incluye a las citocromo oxidasas P450, las UDP-oxidasas P450, las UDP-glucuroniltransferasas y las glutation-S-glucuroniltransferasas y las glutation-S-transferasas.transferasas.

EL TRABAJO BIOLOGICO EL TRABAJO BIOLOGICO REQUIERE ENERGIAREQUIERE ENERGIA

El concepto de energía, uno de los El concepto de energía, uno de los más importantes en biología, puede más importantes en biología, puede comprenderse mejor en el contexto comprenderse mejor en el contexto de la materiade la materia (todo lo que posee (todo lo que posee masa y ocupa espacio). Así, la masa y ocupa espacio). Así, la energía puede definirse como laenergía puede definirse como la capacidad de realizar trabajocapacidad de realizar trabajo, , que es que es cualquier cambio en elcualquier cambio en el estado o el estado o el movimiento de la materia.movimiento de la materia.

Por lo general expresan la energía en Por lo general expresan la energía en unidades de trabajo (kilojoules, kj) o unidades de trabajo (kilojoules, kj) o en unidades de energía calorífica en unidades de energía calorífica (kilocalorías, kcal).(kilocalorías, kcal). Una kilocaloría Una kilocaloría equivale a 4.184 kj. equivale a 4.184 kj. La energía puede ser convertida en La energía puede ser convertida en muchas formas distintas, aparte de muchas formas distintas, aparte de la mecánica y la química, como la la mecánica y la química, como la térmica, la eléctrica y la radiante.térmica, la eléctrica y la radiante.

LOS ORGANISMOS REALIZAN CONVERSIONES LOS ORGANISMOS REALIZAN CONVERSIONES ENTRE ENERGÍA POTENCIAL Y ENERGÍA ENTRE ENERGÍA POTENCIAL Y ENERGÍA

CINÉTICACINÉTICA La mayor parte de las acciones de La mayor parte de las acciones de los organismos implican una serie los organismos implican una serie compleja de transformaciones de la compleja de transformaciones de la energía, que ocurren cuando la energía, que ocurren cuando la energía cinética se convierte en energía cinética se convierte en energía potencial, o cuando ésta se energía potencial, o cuando ésta se convierte en energía cinética. convierte en energía cinética.

TERMODINAMICATERMODINAMICASe le define como la Física que estudia los Se le define como la Física que estudia los procesos en los que se transfiere energía procesos en los que se transfiere energía como calor y como trabajo.como calor y como trabajo.Sabemos que se efectúa trabajo cuando la Sabemos que se efectúa trabajo cuando la energía se transfiere de un cuerpo a otro energía se transfiere de un cuerpo a otro por medios mecánicos. El calor es una por medios mecánicos. El calor es una transferencia de energía de un cuerpo a transferencia de energía de un cuerpo a un segundo cuerpo que está a menor un segundo cuerpo que está a menor temperatura. temperatura. O sea, el calor es muy O sea, el calor es muy semejante al trabajo.semejante al trabajo.

Al hablar de termodinamica, con Al hablar de termodinamica, con frecuencia se usa el término frecuencia se usa el término "sistema". Por sistema se entiende "sistema". Por sistema se entiende un objeto o conjunto de objetos que un objeto o conjunto de objetos que deseamos considerardeseamos considerar..El resto, lo demás en el Universo, El resto, lo demás en el Universo, que no pertenece al sistema, se que no pertenece al sistema, se conoce como su "ambiente".conoce como su "ambiente". ". Se consideran varios tipos de ". Se consideran varios tipos de sistemas:sistemas:

1.1. Cerrado.-NCerrado.-No entra ni sale masa.o entra ni sale masa.2.2. Abierto.-SAbierto.-Sí puede entrar o salir í puede entrar o salir

masa.masa.

Es imprescindible establecer una clara Es imprescindible establecer una clara distinción entre tres conceptos básicos: distinción entre tres conceptos básicos: temperatura, calor y energía interna.temperatura, calor y energía interna.

1.1. La temperatura es una medida de la La temperatura es una medida de la energía cinética media de las moléculas energía cinética media de las moléculas individuales.individuales.

2.2. El calor es una transferencia de energía, El calor es una transferencia de energía, como energía térmica, de un objeto a como energía térmica, de un objeto a otro debida a una diferencia de otro debida a una diferencia de temperaturatemperatura

3.3. La energía interna (o térmica) es la La energía interna (o térmica) es la energía total de todas las moléculas del energía total de todas las moléculas del objeto, o sea incluye energía cinética de objeto, o sea incluye energía cinética de traslación, rotación y vibración de las traslación, rotación y vibración de las moléculas, energía potencial en moléculas, energía potencial en moléculas y energía potencial entre moléculas y energía potencial entre moléculasmoléculas

El flujo de calor entre dos objetos El flujo de calor entre dos objetos depende de sus temperaturas y no depende de sus temperaturas y no de cuánta energía térmica o interna de cuánta energía térmica o interna tiene cada uno. El flujo de calor es tiene cada uno. El flujo de calor es siempre desde el objeto a mayor siempre desde el objeto a mayor temperatura hacia el objeto a menor temperatura hacia el objeto a menor temperatura. temperatura.

LEYES DE LA TERMODINAMICALEYES DE LA TERMODINAMICAI.-PRIMERA LEY.-LI.-PRIMERA LEY.-La energía se conservaa energía se conserva..II.-SEGUNDA LEY.-II.-SEGUNDA LEY.-Enunciado de Kelvin - PlanckEnunciado de Kelvin - Planck : : Es imposible Es imposible construir una máquina térmica que, operando en construir una máquina térmica que, operando en un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción un ciclo, no produzca otro efecto que la absorción de energía desde un depósito y la realización de de energía desde un depósito y la realización de una cantidad igual de trabajo. una cantidad igual de trabajo. Enunciado de ClausiusEnunciado de Clausius:: Es imposible construir Es imposible construir una máquina cíclica cuyo único efecto sea la una máquina cíclica cuyo único efecto sea la transferencia continua de energía de un objeto a transferencia continua de energía de un objeto a otro de mayor temperatura sin la entrada de otro de mayor temperatura sin la entrada de energía por trabajo. energía por trabajo.

3.-TERCERA LEY.-3.-TERCERA LEY.-Si dos objetos A y B Si dos objetos A y B están por separado en equilibrio están por separado en equilibrio térmico con un tercer objeto C, térmico con un tercer objeto C, entonces los objetos A y B están en entonces los objetos A y B están en equilibrio térmico entre sí".equilibrio térmico entre sí".

Todas las actividades en el universo, Todas las actividades en el universo, desde la vida y la muerte de las desde la vida y la muerte de las células hasta la vida y la muerte de células hasta la vida y la muerte de las estrellas, están regidas por la las estrellas, están regidas por la termodinámica,termodinámica, que es el estudio de que es el estudio de la energía y sus transformacio nesla energía y sus transformacio nes

Al considerar la termodinámica, los Al considerar la termodinámica, los científicos utilizan el término sistema científicos utilizan el término sistema para referirse al objeto que se para referirse al objeto que se estudia, sea una célula, un ani mal o estudia, sea una célula, un ani mal o el planeta Tierra.el planeta Tierra. El resto del universo aparte del El resto del universo aparte del sistema que se estudia se denomina sistema que se estudia se denomina los alrededores. los alrededores.

La energía no se crea ni se destruye, La energía no se crea ni se destruye, aunque sí puede transferirse o aunque sí puede transferirse o cambiar de una forma a otra.cambiar de una forma a otra. La energía de cualquier sistema y La energía de cualquier sistema y sus alrededores permanece sus alrededores permanece constanteconstante Un sistema puede absorber energía Un sistema puede absorber energía de sus alrededores o ceder energía a de sus alrededores o ceder energía a éstos, pero el contenido total de éstos, pero el contenido total de energía de ese sistema y sus energía de ese sistema y sus alrededores siempre es el mismo.alrededores siempre es el mismo.

Por lo anterior, como lo especifica la Por lo anterior, como lo especifica la primera ley de la termodi námica, los primera ley de la termodi námica, los organismos no pueden crear la organismos no pueden crear la energía que requieren para vivir. En energía que requieren para vivir. En cambio, deben capturar energía del cambio, deben capturar energía del ambiente para usarla en la ambiente para usarla en la realización de trabajo biológico, un realización de trabajo biológico, un proceso que implica la transfor proceso que implica la transfor mación de energía de una forma a mación de energía de una forma a otraotra

En cada transformación energética, En cada transformación energética, parte de la energía se convierte en parte de la energía se convierte en calor que pasa a los alrededores, calor que pasa a los alrededores, más fríos. Esta energía nunca podrá más fríos. Esta energía nunca podrá usarla de nuevo ningún organismo usarla de nuevo ningún organismo para realizar trabajo biológico; desde para realizar trabajo biológico; desde el punto de vista biológico, se dice el punto de vista biológico, se dice que se pierdeque se pierde..Sin embar go, desde el punto de vista Sin embar go, desde el punto de vista termodinámico en realidad no ha termodinámico en realidad no ha desaparecido, porque todavía existe desaparecido, porque todavía existe en los alrededores.en los alrededores.

Las formas de energía menos Las formas de energía menos utilizables son más difusas o desor utilizables son más difusas o desor ganizadas. La entropía (S) es una ganizadas. La entropía (S) es una medida de este desorden o medida de este desorden o aleatoriedad; la energía organizada y aleatoriedad; la energía organizada y utilizable tiene baja entropía, utilizable tiene baja entropía, mientras que las formas mientras que las formas desorganizadas, como el calor, desorganizadas, como el calor, tienen entropía alta.tienen entropía alta.

La entropía total del universo aumenta de La entropía total del universo aumenta de manera constante en todos los procesos manera constante en todos los procesos naturales. Es probable que, con el tiempo naturales. Es probable que, con el tiempo (dentro de algunos miles de millones de (dentro de algunos miles de millones de años), toda la energía sea calor distri buido años), toda la energía sea calor distri buido de manera uniforme por todo el universo. de manera uniforme por todo el universo. Si esto sucede, el uni verso dejará de Si esto sucede, el uni verso dejará de funcionar, porque no será posible la funcionar, porque no será posible la realización de tra bajo. Todo estará a la realización de tra bajo. Todo estará a la misma temperatura, de modo que no misma temperatura, de modo que no habrá manera de convertir la energía habrá manera de convertir la energía térmica del universo en energía mecá nica térmica del universo en energía mecá nica utilizable.utilizable.

Otro modo de explicar la segunda ley de la Otro modo de explicar la segunda ley de la termodinámica consiste en decir que la termodinámica consiste en decir que la entropía o grado de desor den de un entropía o grado de desor den de un sistema cerrado tiende a aumentar sistema cerrado tiende a aumentar espontáneamente con el tiempo.espontáneamente con el tiempo.Como resultado de la segunda ley de la Como resultado de la segunda ley de la termodinámica, ningún proceso que termodinámica, ningún proceso que requiera de una conversión de energía es requiera de una conversión de energía es jamás 100% efi ciente, porque gran parte jamás 100% efi ciente, porque gran parte de la energía se dispersa como calor, de lo de la energía se dispersa como calor, de lo que resulta un aumento de entropía.que resulta un aumento de entropía. La utilización de energía en las células La utilización de energía en las células humanas tiene eficiencia aproximada de humanas tiene eficiencia aproximada de 40%; el resto de la energía se libera a los 40%; el resto de la energía se libera a los alrededores como calor.alrededores como calor.

LAS REACCIONES METABOLICAS LAS REACCIONES METABOLICAS REQUIEREN TRANSFORMACIONES DE REQUIEREN TRANSFORMACIONES DE

LA ENERGIALA ENERGIALas reacciones químicas de los organismos Las reacciones químicas de los organismos que les permiten llevar a cabo sus que les permiten llevar a cabo sus actividades (crecer, moverse, mantenerse actividades (crecer, moverse, mantenerse y repararse, reproducirse y reaccionar a y repararse, reproducirse y reaccionar a estímulos) constituyen en conjunto su estímulos) constituyen en conjunto su metabolismo.metabolismo. El metabolismo se define como el total de El metabolismo se define como el total de las transformaciones químicas que ocurren las transformaciones químicas que ocurren en un organismo, y consiste en muchas en un organismo, y consiste en muchas series de reacciones o vías que se series de reacciones o vías que se intersectan y que corresponden a dos intersectan y que corresponden a dos tipos principales.tipos principales.

El anabolismoEl anabolismo se refiere a las se refiere a las diversas vías metabolicas en las diversas vías metabolicas en las cuales se sintetizan moléculas cuales se sintetizan moléculas complejas a partir de sustancias más complejas a partir de sustancias más sencillas, como la adición de sencillas, como la adición de aminoácidos para formar proteínas. aminoácidos para formar proteínas.

LA ENTALPIA ( H )LA ENTALPIA ( H ) ES LA ENERGÍA ES LA ENERGÍA POTENCIAL TOTAL DE UN SISTEMAPOTENCIAL TOTAL DE UN SISTEMA

En el curso de cualquier reacción química, En el curso de cualquier reacción química, incluyendo las reacciones metabolicas de una incluyendo las reacciones metabolicas de una célula, se rompen enlaces químicos y pueden célula, se rompen enlaces químicos y pueden formarse otros distintos.formarse otros distintos. Cada tipo específico de enlace químico tiene una Cada tipo específico de enlace químico tiene una cantidad determinada de energía de enlace, que cantidad determinada de energía de enlace, que se define como la energía necesaria para romper se define como la energía necesaria para romper ese enlace.ese enlace.La cantidad total de energía de enlace es en La cantidad total de energía de enlace es en esencia equivalente a la energía potencial total esencia equivalente a la energía potencial total del sistema, una cantidad conocida como entalpia del sistema, una cantidad conocida como entalpia ( H ). Ya que la energía puede medirse de manera ( H ). Ya que la energía puede medirse de manera conveniente como calor, a menudo se hace conveniente como calor, a menudo se hace referencia a la entalpia como el contenido de referencia a la entalpia como el contenido de calor del sistema.calor del sistema.

LA ENERGÍA LIBRE ES LA DISPONIBLE LA ENERGÍA LIBRE ES LA DISPONIBLE PARA REALIZAR TRABAJO CELULAPARA REALIZAR TRABAJO CELULA

La entropía y la entalpia se relacionan La entropía y la entalpia se relacionan entre sí por medio de una tercera entre sí por medio de una tercera dimensión de la energía, llamada energía dimensión de la energía, llamada energía libre (G), que es la cantidad de energía libre (G), que es la cantidad de energía disponible para realizar trabajo en las disponible para realizar trabajo en las condiciones de una reacción bioquímica.condiciones de una reacción bioquímica. La energía libre, el único tipo de energía La energía libre, el único tipo de energía que puede realizar trabajo celular, es el que puede realizar trabajo celular, es el aspecto de la termodinámica de mayor aspecto de la termodinámica de mayor interés para los biólogos.interés para los biólogos.La entropía (S) y la energía libre ( G ) La entropía (S) y la energía libre ( G ) guardan relación inver samente guardan relación inver samente proporcional: al aumentar la entropía, proporcional: al aumentar la entropía, disminuye la can tidad de energía libredisminuye la can tidad de energía libre

LAS REACCIONES QUÍMICAS IMPLICAN LAS REACCIONES QUÍMICAS IMPLICAN

CAMBIOS DE ENERGÍA LIBRECAMBIOS DE ENERGÍA LIBRE Se debe a que es posible medir los Se debe a que es posible medir los cambios de energía libre. Se emplea cambios de energía libre. Se emplea la letra griega delta ( Δ ) para la letra griega delta ( Δ ) para denotar cualquier cambio que ocurra denotar cualquier cambio que ocurra en el sistema entre su estado inicial en el sistema entre su estado inicial (el estado previo a la reacción) y su (el estado previo a la reacción) y su estado final (después de la reacción).estado final (después de la reacción).

LA ENERGÍA LIBRE DISMINUYE LA ENERGÍA LIBRE DISMINUYE DURANTE UNA REACCIÓN EXERGÓNICADURANTE UNA REACCIÓN EXERGÓNICA

Conforme a la segunda ley de la Conforme a la segunda ley de la termodinámica, ninguna reacción química termodinámica, ninguna reacción química es 100% eficiente. Ninguna reacción es 100% eficiente. Ninguna reacción puede ocurrir sin un decremento en la puede ocurrir sin un decremento en la entalpia, un aumento en la entropía, o entalpia, un aumento en la entropía, o ambos.ambos. Por este motivo, la energía libre Por este motivo, la energía libre total del sistema en su estado final total del sistema en su estado final siempre es menor que la energia libre siempre es menor que la energia libre total del sistema en su estado inicial. total del sistema en su estado inicial. Cuando se calcula de este modo, ΔG es Cuando se calcula de este modo, ΔG es una cantidad negativa. A tal reacción, con una cantidad negativa. A tal reacción, con valor negativo de ΔG {-ΔG), se le valor negativo de ΔG {-ΔG), se le denomina reacción exergónicas.denomina reacción exergónicas.

Una reacción exergónica libera Una reacción exergónica libera energía y se dice que es espontánea energía y se dice que es espontánea o "colina abajo". o "colina abajo". Las reacciones espontáneas no Las reacciones espontáneas no necesariamente ocurren con rapidez; necesariamente ocurren con rapidez; algunas son muy lentas. Esto se algunas son muy lentas. Esto se debe a que se requiere una cantidad debe a que se requiere una cantidad de energía, denominada energía de de energía, denominada energía de activación, para iniciar todas las activación, para iniciar todas las reacciones, incluso las espontáneas. reacciones, incluso las espontáneas.

LA ENERGÍA LIBRE AUMENTA DURANTE UNA LA ENERGÍA LIBRE AUMENTA DURANTE UNA REACCIÓN ENDERGÓNICAREACCIÓN ENDERGÓNICA

UnaUna reacción endergónica es aquella reacción endergónica es aquella en la cual hay una ganancia de en la cual hay una ganancia de energía libre . Como la energía libre energía libre . Como la energía libre de los productos es mayor que la de de los productos es mayor que la de los reactivos, ΔGlos reactivos, ΔG tiene valor positivo.tiene valor positivo. Tal reacción no puede ocurrir de Tal reacción no puede ocurrir de manera aislada; debe realizarse de manera aislada; debe realizarse de modo que los alrededores aporten modo que los alrededores aporten energía. energía.

LOS CAMBIOS DE ENERGÍA LIBRE DEPENDENLOS CAMBIOS DE ENERGÍA LIBRE DEPENDENDE LAS CONCENTRACIONES DE REACTIVOS Y DE LAS CONCENTRACIONES DE REACTIVOS Y

PRODUCTOSPRODUCTOSConforme a la segunda ley de la termodinámica, Conforme a la segunda ley de la termodinámica, cualquier proceso que incremente la entropía ( S ) cualquier proceso que incremente la entropía ( S ) es capaz de realizar trabajoes capaz de realizar trabajo..Los cambios de energía libre en cualquier Los cambios de energía libre en cualquier reacción química dependen principalmente de la reacción química dependen principalmente de la diferencia en la energía de enlace (entalpia, diferencia en la energía de enlace (entalpia, H) H) entre reactivos y productos.entre reactivos y productos. La energía libre también depende de las La energía libre también depende de las concentraciones concentraciones tanto de reactivos como de tanto de reactivos como de productos. El cambio en las moléculas de un productos. El cambio en las moléculas de un estado más concentrado a uno menos estado más concentrado a uno menos concentrado incrementa la entropía, porque se concentrado incrementa la entropía, porque se trata de un movimiento de un estado más trata de un movimiento de un estado más ordenado a otro menos ordenado.ordenado a otro menos ordenado.

En casi todas las reacciones En casi todas las reacciones bioquímicas existe poca diferencia de bioquímicas existe poca diferencia de energía libre intrínseca entre energía libre intrínseca entre reactivos y productos. Tales reactivos y productos. Tales reacciones son reversibles, un hecho reacciones son reversibles, un hecho que se indica por medio de flechas que se indica por medio de flechas dobles ( ↔) entre los reactivos y los dobles ( ↔) entre los reactivos y los productos.productos.

Si los reactivos tienen mucho mayor Si los reactivos tienen mucho mayor energía libre intrínseca que los energía libre intrínseca que los productos, la reacción ocurre casi productos, la reacción ocurre casi hasta completarse; es decir, alcanza hasta completarse; es decir, alcanza el equilibrio en un punto en que la el equilibrio en un punto en que la mayor parte de los reactivos se han mayor parte de los reactivos se han convertido en productos. Las convertido en productos. Las reacciones en las cuales los reactivos reacciones en las cuales los reactivos tienen mucho menor energía libre tienen mucho menor energía libre intrínseca que los productos alcanzan intrínseca que los productos alcanzan el equilibrio en un punto en que muy el equilibrio en un punto en que muy pocas de las moléculas de reactivo se pocas de las moléculas de reactivo se han convertido en productos.han convertido en productos.

La célula manipula las La célula manipula las concentraciones relativas de concentraciones relativas de reactivos y productos de casi todas reactivos y productos de casi todas las reacciones que ocurren en su las reacciones que ocurren en su interior. Las reacciones celulares interior. Las reacciones celulares virtualmente nunca están en virtualmente nunca están en equilibrio. Al desplazar sus equilibrio. Al desplazar sus reacciones lejos del equilibrio, la reacciones lejos del equilibrio, la célula es capaz de sumi nistrar célula es capaz de sumi nistrar energía a las reacciones energía a las reacciones endergónicas y dirigir su endergónicas y dirigir su metabolismo conforme a sus metabolismo conforme a sus necesidades.necesidades.

LA CÉLULA IMPULSA REACCIONES LA CÉLULA IMPULSA REACCIONES ENDERGÓNICAS ACOPLÁNDOLAS A ENDERGÓNICAS ACOPLÁNDOLAS A

REACCIONES EXERGÓNICASREACCIONES EXERGÓNICAS Muchas reacciones metabólicas de la célula, Muchas reacciones metabólicas de la célula, como la síntesis de pro teínas, son anabólicas y como la síntesis de pro teínas, son anabólicas y endergónicas. Como una reacción endergónica no endergónicas. Como una reacción endergónica no puede llevarse a cabo sin un aporte de energía, puede llevarse a cabo sin un aporte de energía, las reacciones endergónicas celulares están las reacciones endergónicas celulares están acopladas a reacciones celulares exergónicas. En acopladas a reacciones celulares exergónicas. En las reacciones acopladas, la reacción exergónica las reacciones acopladas, la reacción exergónica (ter-modinámicamente favorable) proporciona la (ter-modinámicamente favorable) proporciona la energía necesaria para impulsar la reacción energía necesaria para impulsar la reacción endergónica (termodinámicamente desfavorable). endergónica (termodinámicamente desfavorable). Esta última puede proceder sólo si absorbe Esta última puede proceder sólo si absorbe menos energía libre de la que libera la reacción menos energía libre de la que libera la reacción exergónica a la que está acopladaexergónica a la que está acoplada

En términos generales, por cada En términos generales, por cada reacción endergónica que ocu rre en reacción endergónica que ocu rre en una célula viva hay otra exergónica una célula viva hay otra exergónica acoplada que la impulsa. A menudo, acoplada que la impulsa. A menudo, la segunda de éstas implica la la segunda de éstas implica la degradación de trifosfato de degradación de trifosfato de adenosina (ATP). En la siguiente adenosina (ATP). En la siguiente sección se examinan ejemplos sección se examinan ejemplos específicos de la participación del específicos de la participación del ATP en el acoplamiento de energía.ATP en el acoplamiento de energía.

EL TRIFOSFATO DE ADENOSINA (ATP) ES LA EL TRIFOSFATO DE ADENOSINA (ATP) ES LA "MONEDA CORRIENTE" DE ENERGIA DE LAS "MONEDA CORRIENTE" DE ENERGIA DE LAS

CELULASCELULAS En todas las células vivas, la energía En todas las células vivas, la energía se almacena por un tiempo en un se almacena por un tiempo en un compuesto químico singular, el compuesto químico singular, el trifosfato de adenosina (ATP), que trifosfato de adenosina (ATP), que durante periodos muy breves durante periodos muy breves conserva energía de la que se puede conserva energía de la que se puede disponer fácilmentedisponer fácilmente Podría considerarse al ATP como la Podría considerarse al ATP como la "unidad monetaria" de energía de la "unidad monetaria" de energía de la célulacélula

El ATP es un nucleótido que consiste El ATP es un nucleótido que consiste en tres partes principales: adenina, en tres partes principales: adenina, una base orgánica que contiene una base orgánica que contiene nitrógeno; ribosa, un azúcar de cinco nitrógeno; ribosa, un azúcar de cinco carbonos; y tres grupos fosfato, carbonos; y tres grupos fosfato, identificables como átomos de identificables como átomos de fósforo rodeados por átomos de fósforo rodeados por átomos de oxígeno. oxígeno.

EL ATP DONA ENERGÍA MEDIANTEEL ATP DONA ENERGÍA MEDIANTELA TRANSFERENCIA DE UN GRUPO FOSFATOLA TRANSFERENCIA DE UN GRUPO FOSFATO

Cuando se separa del ATP el grupo Cuando se separa del ATP el grupo fosfato terminal, la molécula que fosfato terminal, la molécula que queda es el difosfato de adenosina queda es el difosfato de adenosina (ADP). Si el grupo fosfato no se (ADP). Si el grupo fosfato no se transfiere a otra molécula, se libera transfiere a otra molécula, se libera como fosfato inorgá nico (P); se trata como fosfato inorgá nico (P); se trata de una reacción exergónica. de una reacción exergónica.

EL ATP VINCULA REACCIONES EL ATP VINCULA REACCIONES

EXERGÓNICAS Y ENDERGÓNICASEXERGÓNICAS Y ENDERGÓNICAS La transferencia de un grupo fosfato La transferencia de un grupo fosfato del ATP a algún otro compuesto del ATP a algún otro compuesto puede acoplarse a reacciones puede acoplarse a reacciones endergónicas en la célula. A la endergónicas en la célula. A la inversa, para añadir un grupo fosfato inversa, para añadir un grupo fosfato al AMP (y formar ADP) o al ADP (y al AMP (y formar ADP) o al ADP (y formar ATP) es necesario el formar ATP) es necesario el acoplamiento a reacciones acoplamiento a reacciones exergónicas en la célula.exergónicas en la célula.

LA CÉLULA MANTIENE UNA LA CÉLULA MANTIENE UNA PROPORCIÓN MUY ALTA ENTRE ATP Y PROPORCIÓN MUY ALTA ENTRE ATP Y

ADPADP

La célula conserva la proporción La célula conserva la proporción entre ATP y ADP muy lejos del punto entre ATP y ADP muy lejos del punto de equilibrio. Hay una formación de equilibrio. Hay una formación constante de ATP a partir de ADP y constante de ATP a partir de ADP y fosfato inorgánico a medida que se fosfato inorgánico a medida que se oxidan los nutrimentos en la oxidan los nutrimentos en la respiración celular o que la energía respiración celular o que la energía radiante de la luz solar es capturada radiante de la luz solar es capturada en la fotosíntesisen la fotosíntesis

En cualquier momento dado, una En cualquier momento dado, una célula típica contiene más de célula típica contiene más de 10 10 moléculas de ATP por cada molécula moléculas de ATP por cada molécula de ADP. El hecho de que la célula de ADP. El hecho de que la célula mantenga la concentración de ATP mantenga la concentración de ATP tan elevada (respecto de la de ADP) tan elevada (respecto de la de ADP) hace a su reacción de hidrólisis aún hace a su reacción de hidrólisis aún más fuertemente exergónica, y más más fuertemente exergónica, y más capaz de impulsar las reacciones capaz de impulsar las reacciones endergónicas a las que se acopla.endergónicas a las que se acopla.

Si bien la célula mantiene una proporción Si bien la célula mantiene una proporción alta de ATP sobre ADP, no puede alta de ATP sobre ADP, no puede almacenar grandes cantidades del almacenar grandes cantidades del primero, de modo que la concentración de primero, de modo que la concentración de ATP es siempre muy baja, menor de 1ATP es siempre muy baja, menor de 1 mmol/L.mmol/L. En reposo, un ser humano consume casi En reposo, un ser humano consume casi 45 45 kg/día de ATP, si bien la cantidad kg/día de ATP, si bien la cantidad presente en el cuer po en un momento presente en el cuer po en un momento dado es menor de 1dado es menor de 1 g. Se calcula que, g. Se calcula que, cada segun do, en todas las células se cada segun do, en todas las células se producen producen 10 10 millones de moléculas de ATP millones de moléculas de ATP a partir de ADP y fosfato, y que igual a partir de ADP y fosfato, y que igual número de moléculas de ATP trans fieren número de moléculas de ATP trans fieren sus grupos fosfato junto con su energía a sus grupos fosfato junto con su energía a cualesquiera reacciones químicas que los cualesquiera reacciones químicas que los necesiten.necesiten.

LAS CELULAS TRANSFIEREN ENERGIA LAS CELULAS TRANSFIEREN ENERGIA MEDIANTE REACCIONESMEDIANTE REACCIONES REDOXREDOX

Se ha visto aquí que las células pueden Se ha visto aquí que las células pueden transferir energía mediante la transferir energía mediante la transferencia de un grupo fosfato del ATP. transferencia de un grupo fosfato del ATP. Y también pueden hacerlo transfiriendo Y también pueden hacerlo transfiriendo electrones. electrones. La La oxidación oxidación es el proceso químico por el es el proceso químico por el cual una sustancia pierde electrones, mien cual una sustancia pierde electrones, mien tras que la reducción es el proceso tras que la reducción es el proceso complementario, en el que una sustancia complementario, en el que una sustancia gana electrones.gana electrones.

Dado que los electrones liberados Dado que los electrones liberados durante una reacción de oxidación durante una reacción de oxidación no pueden existir en estado libre en no pueden existir en estado libre en las células vivas, cada reacción de las células vivas, cada reacción de oxidación debe acompañarse de una oxidación debe acompañarse de una de reducción, en la que los de reducción, en la que los electrones son aceptados por otro electrones son aceptados por otro átomo, ion o molécula. Como las átomo, ion o molécula. Como las reacciones de oxidación y reducción reacciones de oxidación y reducción son simultáneas, a menudo se les son simultáneas, a menudo se les llama reacciones redoxllama reacciones redox

La sustancia que se oxida cede La sustancia que se oxida cede energía al liberar electrones, y la energía al liberar electrones, y la sustancia que se reduce recibe sustancia que se reduce recibe energía al ganarlosenergía al ganarlos Las reacciones redox a menudo Las reacciones redox a menudo ocurren en serie cuando se ocurren en serie cuando se transfieren electrones de una transfieren electrones de una molécula a otra. Estas transferencias molécula a otra. Estas transferencias electrónicas, equivalentes a las de electrónicas, equivalentes a las de energía, son parte esencial de la energía, son parte esencial de la respiración celular, la fotosíntesis y respiración celular, la fotosíntesis y muchas otras reacciones químicas.muchas otras reacciones químicas.

CASI TODOS LOS PORTADORES DE CASI TODOS LOS PORTADORES DE ELECTRONES TRANSPORTAN ATOMOS DE ELECTRONES TRANSPORTAN ATOMOS DE

HIDROGENOHIDROGENO

Las reacciones redox biológicas suelen implicar la Las reacciones redox biológicas suelen implicar la transferencia de un átomo de hidrógeno en lugar transferencia de un átomo de hidrógeno en lugar de sólo un electrón. Dicho átomo contiene un de sólo un electrón. Dicho átomo contiene un protón (que no participa en la protón (que no participa en la oxidación/reducción) y un electrón.oxidación/reducción) y un electrón.Cuando un electrón (ya sea solo o como parte de Cuando un electrón (ya sea solo o como parte de un átomo de hidrógeno) se extrae de un un átomo de hidrógeno) se extrae de un compuesto orgánico, lleva consigo parte de la compuesto orgánico, lleva consigo parte de la energía almacenada en el enlace químico del que energía almacenada en el enlace químico del que era parte. Ese electrón, junto con su energía, se era parte. Ese electrón, junto con su energía, se transfiere a una molécula aceptora. Un electrón transfiere a una molécula aceptora. Un electrón pierde energía libre de manera progresiva cuando pierde energía libre de manera progresiva cuando se transfiere de un aceptor a otrose transfiere de un aceptor a otro

Una de las moléculas aceptoras de Una de las moléculas aceptoras de hidrógeno más comunes es el hidrógeno más comunes es el dinucleótido de nicotinamida-adenina dinucleótido de nicotinamida-adenina (nicotinamide adenine dinucleoíide, (nicotinamide adenine dinucleoíide, NAD +)NAD +). Cuando se reduce, . Cuando se reduce, almacena de manera transi toria almacena de manera transi toria grandes cantidades de energía libregrandes cantidades de energía libre . El . El NAD + NAD + es un ion con carga neta es un ion con carga neta +1. Cuando se añaden dos +1. Cuando se añaden dos electrones y un protón, la carga se electrones y un protón, la carga se neutraliza y se genera la forma neutraliza y se genera la forma reducida del compuesto reducida del compuesto (NADH).(NADH).

El El fosfato de dinucleótido de fosfato de dinucleótido de nicotina-adeninanicotina-adenina (nicotine adenine (nicotine adenine dinucleotidepbosphate, dinucleotidepbosphate, NADP +) NADP +) es es un aceptor de hidrógeno que guarda un aceptor de hidrógeno que guarda semejanza química con el semejanza química con el NADP +NADP + pero que tiene un grupo fosfato pero que tiene un grupo fosfato extra. A diferencia del NADH, la extra. A diferencia del NADH, la forma reducida del forma reducida del NADP +NADP + (que se (que se abrevia abrevia NADPH) NADPH) no participa en la no participa en la síntesis de ATP, sino que sus síntesis de ATP, sino que sus electrones se emplean de manera electrones se emplean de manera más directa para aportar energía a más directa para aportar energía a determinadas reacciones, incluyendo determinadas reacciones, incluyendo algunas reacciones esenciales de la algunas reacciones esenciales de la fotosíntesis.fotosíntesis.

Otros aceptores importantes de Otros aceptores importantes de hidrógeno o de electrones son el hidrógeno o de electrones son el dinucleótido de flavina-adenina dinucleótido de flavina-adenina iflatnn adenine dinucleotide, FAD)iflatnn adenine dinucleotide, FAD) y y los citocromos.los citocromos. El FAD es un El FAD es un nucleótido que acepta átomos de nucleótido que acepta átomos de hidrógeno y sus electrones; su forma hidrógeno y sus electrones; su forma reducida es el reducida es el FAD H2. FAD H2. Los Los citocromos son proteínas que citocromos son proteínas que contienen hierro, el cual acepta elec contienen hierro, el cual acepta elec trones del hidrógeno y luego los trones del hidrógeno y luego los transfiere a algún otro compuesto.transfiere a algún otro compuesto.

LAS ENZIMAS SON LAS ENZIMAS SON REGULADORES QUIMICOSREGULADORES QUIMICOS

Los principios de la termodinámica ayudan Los principios de la termodinámica ayudan a predecir si una reacción puede ocurrir o a predecir si una reacción puede ocurrir o no, pero no indican nada acerca de la no, pero no indican nada acerca de la velocidad de esa reacciónvelocidad de esa reacción..Las células regulan las reacciones Las células regulan las reacciones químicas con enzimas, que son químicas con enzimas, que son catalizadores proteínicos que modifican la catalizadores proteínicos que modifican la velocidad de las reacciones químicas sin velocidad de las reacciones químicas sin consumirse en éstas.consumirse en éstas.

Las necesidades cambiantes de las Las necesidades cambiantes de las células hacen necesario un sistema células hacen necesario un sistema de control metabólico flexible. Los de control metabólico flexible. Los directores clave de este sistema de directores clave de este sistema de control son las enzimas.control son las enzimas. La capacidad catalítica de algunas La capacidad catalítica de algunas enzimas es muy notable. enzimas es muy notable.

TODAS LAS REACCIONES NECESITAN UNA TODAS LAS REACCIONES NECESITAN UNA CANTIDAD ESPECIFICA DE ENERGIA DE CANTIDAD ESPECIFICA DE ENERGIA DE

ACTIVACIONACTIVACION

Todas las reacciones tienen una Todas las reacciones tienen una barrera de energía conocida como barrera de energía conocida como energía de activación (EA). energía de activación (EA). Se trata Se trata de la cantidad de energía que se de la cantidad de energía que se requiere para romper los enlaces requiere para romper los enlaces químicos existentes e iniciar la químicos existentes e iniciar la reacción.reacción.

LAS ENZIMAS DISMINUYEN LA ENERGÍA LAS ENZIMAS DISMINUYEN LA ENERGÍA DE ACTIVACIÓN DE LAS REACCIONESDE ACTIVACIÓN DE LAS REACCIONES

Las enzimas modifican la veloci dad Las enzimas modifican la veloci dad de una reacción al disminuir la de una reacción al disminuir la energía necesaria para iniciarla.energía necesaria para iniciarla. Si las moléculas necesitan menos Si las moléculas necesitan menos energía para reaccionar (es decir, si energía para reaccionar (es decir, si se reduce la barrera de activación), se reduce la barrera de activación), una propor ción mayor de reactivos una propor ción mayor de reactivos reaccionará en cualquier momento reaccionará en cualquier momento dado. En consecuencia, la reacción dado. En consecuencia, la reacción procede con mayor rapidez.procede con mayor rapidez.

Si bien una enzima reduce la energía Si bien una enzima reduce la energía de activación de una reac ción, no de activación de una reac ción, no tiene efecto sobre el cambio global tiene efecto sobre el cambio global de energía libre. Esto es, las enzimas de energía libre. Esto es, las enzimas sólo pueden facilitar reacciones sólo pueden facilitar reacciones químicas que ocurrirían sin su ayuda.químicas que ocurrirían sin su ayuda.Ningún catalizador puede hacer que Ningún catalizador puede hacer que una reacción proceda en una una reacción proceda en una dirección termodinámicamente dirección termodinámicamente desfavorable, o influir en la desfavorable, o influir en la concentración final de reactivos y concentración final de reactivos y productos si la reacción llega al productos si la reacción llega al equilibrio. Las enzimas simplemente equilibrio. Las enzimas simplemente incrementan la velocidad de reacciónincrementan la velocidad de reacción

LAS ENZIMAS ACTÚAN FORMANDO UN LAS ENZIMAS ACTÚAN FORMANDO UN COMPLEJO ENZIMA-SUSTRATOCOMPLEJO ENZIMA-SUSTRATO

Una reacción no catalizada depende Una reacción no catalizada depende de que ocurran choques al azar entre de que ocurran choques al azar entre las moléculas de los reactivos. las moléculas de los reactivos. Debido a su estructura ordenada, Debido a su estructura ordenada, una enzima es capaz de reducir la una enzima es capaz de reducir la dependencia respecto de procesos dependencia respecto de procesos aleatorios y por tanto puede aleatorios y por tanto puede controlar la reacción. controlar la reacción.

Se cree que las enzimas logran este Se cree que las enzimas logran este efecto al formar un complejo efecto al formar un complejo intermedio inestable con el sustrato, intermedio inestable con el sustrato, o sea la sustancia en la cual operan. o sea la sustancia en la cual operan. Cuando el complejo enzima-sustrato Cuando el complejo enzima-sustrato (o complejo ES) se descompone, se (o complejo ES) se descompone, se libe ra el producto; la molécula de libe ra el producto; la molécula de enzima original se regenera y está enzima original se regenera y está lista para formar un nuevo complejo lista para formar un nuevo complejo ES.ES.

La enzima misma no sufre cambio La enzima misma no sufre cambio permanente ni es consumida por la permanente ni es consumida por la reacción, y puede volver a utilizarse reacción, y puede volver a utilizarse indefinidamenteindefinidamente..Cada enzima contiene uno o más sitios Cada enzima contiene uno o más sitios activos, regiones a las que se une el activos, regiones a las que se une el sustrato, formando el complejo ES. Los sustrato, formando el complejo ES. Los sitios activos de algunas enzimas son sitios activos de algunas enzimas son surcos o cavidades en la molécula, surcos o cavidades en la molécula, formados por las cadenas laterales de formados por las cadenas laterales de determinados aminoácidos de la enzima. determinados aminoácidos de la enzima. Los sitios activos de la mayor parte de las Los sitios activos de la mayor parte de las enzimas se localizan cerca de la superficie. enzimas se localizan cerca de la superficie. En el transcurso de la reacción, las En el transcurso de la reacción, las moléculas de sustrato que ocupan estos moléculas de sustrato que ocupan estos sitios son puestas en estrecha proximidad sitios son puestas en estrecha proximidad y reaccionan entre sí.y reaccionan entre sí.

La forma de la enzima no parece ser La forma de la enzima no parece ser exactamente complementaria a la exactamente complementaria a la del sustrato. Cuando este último se del sustrato. Cuando este último se une a la molécula de enzima, causa une a la molécula de enzima, causa un cambio, conocido como ajuste un cambio, conocido como ajuste inducido, en la forma de la molécula inducido, en la forma de la molécula de enzima. Por lo común la forma del de enzima. Por lo común la forma del sustrato también cambia un poco, de sustrato también cambia un poco, de modo que sus enlaces químicos modo que sus enlaces químicos pueden distorsionarsepueden distorsionarse

La proximidad y la orientación de los La proximidad y la orientación de los reactivos, junto con los esfuerzos en reactivos, junto con los esfuerzos en sus enlaces químicos, facilitan la sus enlaces químicos, facilitan la rotura de antiguos enlaces y la rotura de antiguos enlaces y la formación de nuevos. De este modo formación de nuevos. De este modo el sustrato se transforma en el sustrato se transforma en producto, que se aleja de la enzima. producto, que se aleja de la enzima. Esta queda entonces libre para Esta queda entonces libre para catalizar la reacción de más catalizar la reacción de más moléculas de sustrato y formar más moléculas de sustrato y formar más producto.producto.

LOS NOMBRES DE LA MAYOR PARTE DE LAS LOS NOMBRES DE LA MAYOR PARTE DE LAS ENZIMAS TERMINAN CON EL SUFIJO –ASAENZIMAS TERMINAN CON EL SUFIJO –ASA

En general, los nombres de las En general, los nombres de las enzimas se fonnan añadiendo el enzimas se fonnan añadiendo el sufijo -asasufijo -asa al nombre de la sustancia al nombre de la sustancia en que actúan. Por ejemplo, la en que actúan. Por ejemplo, la enzima sacarasa desdobla la enzima sacarasa desdobla la sacarosa en glucosa y fructosa.sacarosa en glucosa y fructosa. Algunas de ellas tienen el sufijo -Algunas de ellas tienen el sufijo -zima;zima; la lisozima (del griego lisisla lisozima (del griego lisis, , disolver), por ejemplo, presente en disolver), por ejemplo, presente en lágrimas y saliva, degrada la pared lágrimas y saliva, degrada la pared celular de bacterias.celular de bacterias.

LAS ENZIMAS POSEEN LAS ENZIMAS POSEEN ESPECIFICIDADESPECIFICIDAD

Virtualmente toda reacción química Virtualmente toda reacción química que ocurre en un organismo es que ocurre en un organismo es catalizada por una enzima. Como hay catalizada por una enzima. Como hay una relación estrecha entre la forma una relación estrecha entre la forma del sitio activo y la forma del del sitio activo y la forma del sustrato, la mayor parte de las sustrato, la mayor parte de las enzimas son muy específicasenzimas son muy específicas..Casi todas son capaces de catalizar Casi todas son capaces de catalizar sólo unas pocas reacciones químicas sólo unas pocas reacciones químicas estrechamente relacionadas o, en estrechamente relacionadas o, en muchos casos, una sola reacción.muchos casos, una sola reacción.

Las enzimas que catalizan reacciones Las enzimas que catalizan reacciones similares se clasifican en grupos, similares se clasifican en grupos, aunque cada enzima específica del aunque cada enzima específica del grupo puede catalizar sólo una grupo puede catalizar sólo una reacción específicareacción específica

Clase de Clase de enzimaFunciónenzimaFunciónOxidorreductasasCatalizaOxidorreductasasCatalizan reacciones de n reacciones de oxidorreducciónTransferasasCatalizan !a oxidorreducciónTransferasasCatalizan !a transferencia de un grupo funcionalde una transferencia de un grupo funcionalde una molécula donadoraa una molécula donadoraa una aceptoraHidrolasasCatalizan reacciones de aceptoraHidrolasasCatalizan reacciones de hidrólisisIsomerasasCatalizan la hidrólisisIsomerasasCatalizan la conversión de unaforma isomérica a otra conversión de unaforma isomérica a otra de una moléculaLigasasCatalizan de una moléculaLigasasCatalizan determinadas reaccionesen las cuales se determinadas reaccionesen las cuales se unen dos moléculasLiasasCatalizan unen dos moléculasLiasasCatalizan determinadas reaccionesen las cuales se determinadas reaccionesen las cuales se forman o se rompen enlaces doblesforman o se rompen enlaces dobles

MUCHAS ENZIMAS REQUIEREN MUCHAS ENZIMAS REQUIEREN COFACTORESCOFACTORES

Algunas enzimas, como la pepsina, Algunas enzimas, como la pepsina, secretada por el estómago, con sisten sólo secretada por el estómago, con sisten sólo en proteínas, en tanto que otras tienen en proteínas, en tanto que otras tienen dos componentes, una proteína llamada dos componentes, una proteína llamada apoenzimaapoenzima y otro componente químico y otro componente químico adicional, el cofactoradicional, el cofactor. . Ni la apoenzima ni el Ni la apoenzima ni el cofactor por sí solos tienen capacidad cofactor por sí solos tienen capacidad catalítica; sólo cuando ambos se combinan catalítica; sólo cuando ambos se combinan puede funcionar la enzima. El cofactor puede funcionar la enzima. El cofactor puede ser una molécula inorgánica u puede ser una molécula inorgánica u orgánica.orgánica.

Algunas enzimas requieren como Algunas enzimas requieren como cofactor un ion metálico espe cífico. cofactor un ion metálico espe cífico. Dos cofactores inorgánicos muy Dos cofactores inorgánicos muy comunes son los iones magnesio y comunes son los iones magnesio y los iones calcio. La mayor parte de los iones calcio. La mayor parte de los oligoelementos (como hierro, los oligoelementos (como hierro, cobre, zinc y manganeso, necesarios cobre, zinc y manganeso, necesarios en cantidades mínimas) funcio nan en cantidades mínimas) funcio nan como cofactores.como cofactores.

Un compuesto orgánico no Un compuesto orgánico no polipeptídico que se une a la polipeptídico que se une a la apoenzima y sirve como cofactor se apoenzima y sirve como cofactor se denomina coenzima.denomina coenzima. Casi todas las Casi todas las coenzimas son moléculas de coenzimas son moléculas de transferencia (esto es, agentes que transferencia (esto es, agentes que transfieren electrones o parte de transfieren electrones o parte de algún sustrato de una molécula a algún sustrato de una molécula a otra).otra).

algunos ejemplos de coenzimas. NADH, algunos ejemplos de coenzimas. NADH, NADPH y FADH, son coenzimas; NADPH y FADH, son coenzimas; transfieren electrones. El transfieren electrones. El adenosintrifosfato actúa como coenzima, adenosintrifosfato actúa como coenzima, ya que se encarga de transferir grupos ya que se encarga de transferir grupos fosfato. Una coenzima más, la coenzima A,fosfato. Una coenzima más, la coenzima A, participa en la transferencia de grupos participa en la transferencia de grupos derivados de ácidos orgá nicos.derivados de ácidos orgá nicos.La mayor parte de las vitaminas La mayor parte de las vitaminas (compuestos orgánicos que los (compuestos orgánicos que los organismos requieren en pequeñas organismos requieren en pequeñas cantidades pero no pueden sintetizar por cantidades pero no pueden sintetizar por sí mismos) son coenzimas o componentes sí mismos) son coenzimas o componentes de coenzimas.de coenzimas.

LAS ENZIMAS POSEEN EFICACIA LAS ENZIMAS POSEEN EFICACIA MÁXIMA EN CONDICIONES ÓPTIMASMÁXIMA EN CONDICIONES ÓPTIMAS

En general, las enzimas funcionan En general, las enzimas funcionan mejor en algunas condiciones mejor en algunas condiciones estrictamente reguladas, como:estrictamente reguladas, como:

1.1. TemperaturaTemperatura2.2. pH pH 3.3. Concentración de iones adecuadas. Concentración de iones adecuadas.

Cualquier desviación respecto de Cualquier desviación respecto de estas condiciones óptimas ejerce estas condiciones óptimas ejerce efectos adversos en la actividad efectos adversos en la actividad enzimática.enzimática.

CADA ENZIMA TIENE UNA CADA ENZIMA TIENE UNA TEMPERATURA OPTIMATEMPERATURA OPTIMA

La mayor parte de las enzimas tienen una La mayor parte de las enzimas tienen una temperatura óptima a la cual la rapidez de temperatura óptima a la cual la rapidez de reacción es máxima. Para las enzimas reacción es máxima. Para las enzimas humanas, la temperatura óptima es humanas, la temperatura óptima es cercana a la corporal (35 a 40°C). Las cercana a la corporal (35 a 40°C). Las reacciones enzimáticas ocurren con reacciones enzimáticas ocurren con lentitud o no ocurren en absoluto a lentitud o no ocurren en absoluto a temperaturas bajas; cuando la temperaturas bajas; cuando la temperatura se eleva al nivel normal, el temperatura se eleva al nivel normal, el movimiento molecular aumenta, de lo que movimiento molecular aumenta, de lo que resultan más colisiones moleculares.resultan más colisiones moleculares.

Así, la velocidad de la mayor parte Así, la velocidad de la mayor parte de las reacciones controladas por de las reacciones controladas por enzimas se incrementa al hacerlo la enzimas se incrementa al hacerlo la temperatura, dentro de lími tes temperatura, dentro de lími tes determinados. Las temperaturas determinados. Las temperaturas altas desnaturalizan con rapidez la altas desnaturalizan con rapidez la mayor parte de las enzimas; la mayor parte de las enzimas; la conformación molecular de la conformación molecular de la proteína se altera al romperse los proteína se altera al romperse los enlaces de hidrógeno que le dan su enlaces de hidrógeno que le dan su estructura secundaria, terciaria y estructura secundaria, terciaria y cuaternaria. Como esta cuaternaria. Como esta desactivación suele ser irreversible, desactivación suele ser irreversible, la enzima no recupera su actividad al la enzima no recupera su actividad al enfriarse.enfriarse.

Hay unas cuantas excepciones notables a Hay unas cuantas excepciones notables a esta norma: algunas especies de bacterias esta norma: algunas especies de bacterias sobreviven en las aguas de manantiales sobreviven en las aguas de manantiales calientes, como los del Yellowstone Park, calientes, como los del Yellowstone Park, donde la temperatura es casi de 100°C. donde la temperatura es casi de 100°C. Otras bacterias viven a temperaturas muy Otras bacterias viven a temperaturas muy superiores a las de ebullición del agua en superiores a las de ebullición del agua en manan tiales calientes submarinos manan tiales calientes submarinos (chimeneas hidrotermales), donde las pre (chimeneas hidrotermales), donde las pre siones extremas mantienen el agua en su siones extremas mantienen el agua en su forma líquida, en vez de que se convierta forma líquida, en vez de que se convierta en vapor.en vapor.

CADA ENZIMA TIENE UN PH CADA ENZIMA TIENE UN PH ÓPTIMOÓPTIMO

La mayor parte de las enzimas son La mayor parte de las enzimas son activas sólo en una escala reducida activas sólo en una escala reducida de pH y tienen un valor óptimo de de pH y tienen un valor óptimo de este parámetro al cual la velocidad este parámetro al cual la velocidad de reacción es máxima. El pH óptimo de reacción es máxima. El pH óptimo para la mayor parte de las enzimas para la mayor parte de las enzimas humanas va de 6 a 8humanas va de 6 a 8

La actividad de una enzima puede La actividad de una enzima puede cambiar mucho si se altera el pH, cambiar mucho si se altera el pH, que a su vez modifica las cargas de que a su vez modifica las cargas de la enzima. Estos cambios de carga la enzima. Estos cambios de carga afectan los enlaces iónicos que afectan los enlaces iónicos que contribuyen a las estructuras contribuyen a las estructuras terciaria y cuaternaria, con lo que terciaria y cuaternaria, con lo que alteran la conformación de la pro alteran la conformación de la pro teína y su actividad. Muchas enzimas teína y su actividad. Muchas enzimas se desactivan, y por lo común se se desactivan, y por lo común se desnaturalizan de manera desnaturalizan de manera irreversible, cuando el medio se irreversible, cuando el medio se toma muy ácido o muy básico.toma muy ácido o muy básico.

LAS ENZIMAS SE ORGANIZAN EN LAS ENZIMAS SE ORGANIZAN EN GRUPOS EN LAS VÍAS METABÓLICASGRUPOS EN LAS VÍAS METABÓLICAS

Las enzimas tienen un cometido Las enzimas tienen un cometido esencial en el acoplamiento esencial en el acoplamiento energético porque suelen trabajar en energético porque suelen trabajar en secuencia, de manera que el secuencia, de manera que el producto de una reacción enzimática producto de una reacción enzimática sirve como sustrato de la siguiente. sirve como sustrato de la siguiente. El interior de una célula podría El interior de una célula podría visualizarse como una fábrica con visualizarse como una fábrica con muchas líneas de montaje (y muchas líneas de montaje (y desmontaje) que operan en forma desmontaje) que operan en forma simultánea. simultánea.

Una línea de montaje se compone de Una línea de montaje se compone de varias enzimas, cada una de las varias enzimas, cada una de las cuales lleva a cabo un paso, como cuales lleva a cabo un paso, como cambiar la molécula A en la molécula cambiar la molécula A en la molécula B. Luego, la molécula B pasa a la B. Luego, la molécula B pasa a la siguiente enzima, que la convierte en siguiente enzima, que la convierte en la molécula C, y así sucesivamente. la molécula C, y así sucesivamente. Tal serie de reacciones se denomina Tal serie de reacciones se denomina vía metabólicavía metabólicaUna enzima no determina por sí Una enzima no determina por sí misma el sentido de la reacción que misma el sentido de la reacción que cataliza. El sentido es detemiinado cataliza. El sentido es detemiinado sobre todo por las concentraciones sobre todo por las concentraciones relativas de unos y otros.relativas de unos y otros.

LA CÉLULA REGULA LA LA CÉLULA REGULA LA ACTIVIDAD ENZIMÁTICAACTIVIDAD ENZIMÁTICA

Un mecanismo depende tan sólo del Un mecanismo depende tan sólo del control de la cantidad producida de control de la cantidad producida de éstas. La síntesis de cada tipo de éstas. La síntesis de cada tipo de enzima está regida por un gen enzima está regida por un gen específico. A su vez, éste se activa específico. A su vez, éste se activa con una señal de una hormona o con una señal de una hormona o algún otro tipo de producto celular. algún otro tipo de producto celular. Al activarse el gen, se sintetiza la Al activarse el gen, se sintetiza la enzima, cuya cantidad influye luego enzima, cuya cantidad influye luego en la velocidad de la reacción en la velocidad de la reacción correspondiente.correspondiente.

Si el pH y la temperatura se Si el pH y la temperatura se mantienen constantes, la mantienen constantes, la concentración de sustrato o de concentración de sustrato o de enzima puede influir en la velocidad enzima puede influir en la velocidad de reacción. Cuando hay un exceso de reacción. Cuando hay un exceso de sustrato, la concentración de de sustrato, la concentración de enzima es el factor limitante de la enzima es el factor limitante de la velocidad. Así, la velocidad inicial de velocidad. Así, la velocidad inicial de la reacción es directamente la reacción es directamente proporcional a la concentración de proporcional a la concentración de enzima presente.enzima presente.

La velocidad de reacción es La velocidad de reacción es directamente proporcional a la directamente proporcional a la concentración de sustrato.concentración de sustrato. Sin embargo a altas concentraciones Sin embargo a altas concentraciones de éste las moléculas de enzima se de éste las moléculas de enzima se sa turan de él, y un aumento en la sa turan de él, y un aumento en la concentración de sustrato no concentración de sustrato no aumenta la velocidad de reacción.aumenta la velocidad de reacción.

El producto de una reacción El producto de una reacción enzimática puede regular la enzimática puede regular la actividad de otra enzima, en especial actividad de otra enzima, en especial en una secuencia compleja de en una secuencia compleja de reacciones enzimáticasreacciones enzimáticas Otro método importante de Otro método importante de regulación enzimática depende de la regulación enzimática depende de la activación de las moléculas de la activación de las moléculas de la enzima. En su forma inactiva, los enzima. En su forma inactiva, los sitios activos de la enzima tienen una sitios activos de la enzima tienen una conformación inadecuada, en la cual conformación inadecuada, en la cual no ajustan los sustratos.no ajustan los sustratos.

Algunas enzimas (enzimas alostéricas) Algunas enzimas (enzimas alostéricas) tienen un sitio receptor, el sitio alostérico, tienen un sitio receptor, el sitio alostérico, en alguna región de la molécula que no en alguna región de la molécula que no sea el sitio activo (el término alostéricosea el sitio activo (el término alostérico significa "otro espacio").significa "otro espacio").Las sustancias que afectan la actividad Las sustancias que afectan la actividad enzimática mediante unión con los sitios enzimática mediante unión con los sitios alostéricos se denominan reguladores alostéricos se denominan reguladores alostéricos. Algunos de éstos son alostéricos. Algunos de éstos son inhibidores, que mantienen a la enzima en inhibidores, que mantienen a la enzima en su forma inactiva, en tanto que otros son su forma inactiva, en tanto que otros son activadores, que dan por resultado una activadores, que dan por resultado una enzima con un sitio funcional activo.enzima con un sitio funcional activo.La activación de proteincinasas por cAMP La activación de proteincinasas por cAMP es un aspecto importante del mecanismo es un aspecto importante del mecanismo de acción de algunas hormonas.de acción de algunas hormonas.

ALGUNOS AGENTES QUIMICOS ALGUNOS AGENTES QUIMICOS PUEDEN INHIBIR ENZIMASPUEDEN INHIBIR ENZIMAS La mayor parte de las enzimas son La mayor parte de las enzimas son inhibidas o incluso destruidas por inhibidas o incluso destruidas por determinadas sustancias químicas. Esta determinadas sustancias químicas. Esta inhibición puede ser:inhibición puede ser:

1.1. Reversible.-La inhibición reversible Reversible.-La inhibición reversible ocurre cuando un inhibidor forma ocurre cuando un inhibidor forma enlaces químicos débiles con la enzima: enlaces químicos débiles con la enzima: puede ser competitiva o no.puede ser competitiva o no.

2.2. Irreversible.-El inhibidor se combina con Irreversible.-El inhibidor se combina con un grupo funcional de la enzima y la un grupo funcional de la enzima y la desactiva o destruye en forma desactiva o destruye en forma permanente.permanente.

3.- Competitiva.- E3.- Competitiva.- El inhibidor compite l inhibidor compite con el sustrato normal por la unión con el sustrato normal por la unión con el sitio activo de la enzima. con el sitio activo de la enzima. Dicho inhibidor suele tener una Dicho inhibidor suele tener una estructura similar a la del sustrato estructura similar a la del sustrato normal, de modo que se ajusta al normal, de modo que se ajusta al sitio activo y se combina con la sitio activo y se combina con la enzimenzim

4.- No Competitiva.-E4.- No Competitiva.-El inhibidor se une l inhibidor se une con la enzima en un sitio que no es con la enzima en un sitio que no es el activo. el activo. Esto desactiva la enzima Esto desactiva la enzima por modificación de su forma, por modificación de su forma, debido a lo cual el sitio activo no debido a lo cual el sitio activo no puede unirse con el sustrato. puede unirse con el sustrato.

ALGUNOS MEDICAMENTOS SON ALGUNOS MEDICAMENTOS SON INHIBIDORES ENZIMÁTICOSINHIBIDORES ENZIMÁTICOS

Muchas infecciones bacterianas se tratan Muchas infecciones bacterianas se tratan con medicamentos que de manera directa con medicamentos que de manera directa o indirecta inhiben la actividad enzimática o indirecta inhiben la actividad enzimática de las bacterias.de las bacterias.Las sulfas tienen estructura química Las sulfas tienen estructura química similar a la del ácido paraaminobenzoico similar a la del ácido paraaminobenzoico (PABA), que constituye un nutrimento. (PABA), que constituye un nutrimento. Cuando disponen de PABA, los Cuando disponen de PABA, los microorganismos sintetizan la vitamina microorganismos sintetizan la vitamina llamada ácido fólico, necesaria para su llamada ácido fólico, necesaria para su desarrollo. El ser humano no sintetiza desarrollo. El ser humano no sintetiza ácido fólico a partir de PABA. y éste es el ácido fólico a partir de PABA. y éste es el motivo por el cual las sulfas afectan a las motivo por el cual las sulfas afectan a las bacterias de manera selectiva. bacterias de manera selectiva.

En presencia de una sulfa, ocurre En presencia de una sulfa, ocurre inhibición competitiva dentro de la inhibición competitiva dentro de la bacteria: el fármaco compite con el bacteria: el fármaco compite con el PABA por el sitio activo de la enzima PABA por el sitio activo de la enzima bacteriana.cuando las bacterias bacteriana.cuando las bacterias utilizan la sulfa en lugar del PABAutilizan la sulfa en lugar del PABA, , sintetizan un compuesto que carece sintetizan un compuesto que carece de utilidad en la síntesis de ácido de utilidad en la síntesis de ácido fólico. Porfólico. Por tanto, las células tanto, las células bacterianas nobacterianas no se desarrollan se desarrollan normalmente.normalmente.

La penicilina yLa penicilina y los antibióticos afines los antibióticos afines inhiben de manera irrever sible una enzima inhiben de manera irrever sible una enzima bacteriana llamada transpeptidasa, la cual bacteriana llamada transpeptidasa, la cual se encar ga de establecer algunas de las se encar ga de establecer algunas de las ligaduras químicas en la pared celular ligaduras químicas en la pared celular bacteriana. Las bacterias susceptibles nobacteriana. Las bacterias susceptibles no producen paredes celulares con la producen paredes celulares con la constitución adecuada y son incapaces de constitución adecuada y son incapaces de multiplicarse. Las células humanas multiplicarse. Las células humanas carecen de pared celular, de modo que no carecen de pared celular, de modo que no emplean esta enzima.emplean esta enzima.Por tanto, la penicilina es inofensiva para Por tanto, la penicilina es inofensiva para las personas (excepto las que son las personas (excepto las que son alérgicas a ella). Por desgracia, con el alérgicas a ella). Por desgracia, con el transcurso de los años muchas cepas transcurso de los años muchas cepas bacterianas han adquirido resistencia a la bacterianas han adquirido resistencia a la penicilina.penicilina.