La energía es la capacidad para realizar trabajo. Sin embargo esta definición puede no ser la más acertada cuando hablar de los distintos tipos de energía se trata. Es por eso que es mejor referirse a cada tipo específicamente.
- Concepto de energía
- ATP
- Vías metabólicas
- Enzimas
- Metabolismo
- Estrategias energéticas de los organismos
- Resumen
Concepto de energía
- Energía mecánica
- Energía potencial: Debido a su posición, energía almacenada
- Energía cinética: debida al movimiento
- Energía química: almacenada en las biomoléculas
Reacciones químicas
Una reacción es el proceso por el cual ocurren cambios químicos (formación y ruptura de enlaces entre átomos). En el curso de una reacción química, uno o más reactivos cambian a uno o más productos.
\[A + B \to C + D\]Los componentes de la parte izquierda de la flecha son los reactivos, mientras que de la parte izquierda están los productos.
Todo enlace químico contiene energía.
- Reacción endotérmica
- Requiere energía. No es espontánea. Se debe a que los reactivos que participan tienen menos energía libre que los productos, por lo que requieren de un suministro extra.
- Reacción exergónica
- No requiere energía. Es espontánea. Se debe a que los reactivos tienen más energía que los productos.
ATP
El ATP o adenosín trifosfato, es un transportador de energía: acepta la energía liberada por reacciones exergónicas y aporta energía a las endotérmicas. El ATP es un nucleótido enlazado con tres grupos fosfato. Los enlaces que unen a esos grupos contienen muchísima energía. La transferencia de un grupo fosfato se llama fosforilación. Cuando el ATP pierde un grupo fosfato se forma ADP.
- Se compone de
- Un grupo trifosfato
- Una azúcar (ribosa)
- Grupo nitrogenado (adenina)
- Hidrólisis de ATP
- Reacción exergónica
- Transformación del ATP (adenosín trifosfato) a ADP (adenosín difosfato)
- Acoplamiento energético
- La energía liberada por la hidrólisis del ATP puede ser empleada para realizar reacciones endergónicas (como la síntesis de proteínas)
- Funciones
- Trabajo químico (biosíntesis)
- Transporte (bombas)
- Trabajo mecánico (movimiento)
- Ventajas
- Molécula hidrosoluble y pequeña
- La hidrólisis es exergónica \(\to\) acoplamiento energético
- Participa en (casi) todas las reacciones bioquímicas
Vías metabólicas
Cualquier serie de reacciones mediadas por enzimas, en la cual la célula sintetice, reordene o rompa una sustancia química se llama una vía metabólica. Las vías en las que se sintetizan moléculas de mayor tamaño a partir de otras más pequeñas son de biosíntesis o anabólicas. Otras vías en las que las moléculas se rompen son degradativas o catabólicas.
- Conjunto de reacciones químicas que ocurren en una célula
- Reactivo(s) específico(s) \(\to\) Producto(s) específico(s)
- Secuencia específica
- Enzimas
- Ejemplos
- Fotosíntesis
- Glucólisis
- Ciclo de Krebs
- Fosforilación oxidativa
- Fermentación
Enzimas
Las enzimas son catalizadores o moléculas que hacen que las reacciones químicas procedan mucho más rápido que por sí solas. La mayoría de las enzimas son proteínas, aunque algunas son ARN. Las cadenas de polipéptidos de las enzimas están plegadas formando uno o más sitios activos. Estos sitios son en los cuales se enlazan los sustratos y donde se efectúan las reacciones.
- Proteína que acelera una específica reacción bioquímica
- Catalizador biológico
Las enzimas requieren cofactores
Los cofactores son átomos o moléculas (distintas de las proteínas) que pueden asociarse con enzimas necesarias para su funcionamiento. Algunos de ellos son iones metálicos. Los cofactores orgánicos se llaman coenzimas. Casi todas las vitaminas son coenzimas o precursores de ellas.
- Moléculas pequeñas necesarias para la actividad enzimática
- Iones inorgánicos (\(Mg^{2+}, Zn^{2+}, Fe^{2+}, Ca^{2+}\))
- Moléculas orgánicas
- Coenzimas
- Vitaminas
Control de actividad de una enzima
- Concentración de enzima
- Concentración de sustrato
- Concentración de cofactores
- pH
- Temperatura
- (De)fosforilación
Inhibición de la actividad de una enzima
- Retro alimentación negativa
- Inhibición competitiva
- Inhibición no competitiva
- Sitio alostérico
El exceso de moléculas de producto terminal se enlaza con las moléculas de la enzima que cataliza el primer paso de esta vía. A medida que el exceso es mayor, una cantidad más alta de moléculas de enzima queda inhibida y se sintetiza menos producto. De manera simple, en la inhibición por retroalimentación negativa el producto final de una serie de reacciones enzimáticas inhibe a la primera enzima de la serie.
El sitio alostérico es una región de la enzima distinta del sitio activo que puede enlazarse con moléculas regulatorias. El enlace con un regulador alostérico altera la forma de la enzima de manera que aumenta o inhibe su funcionamiento.
Metabolismo
Conjunto de vías metabólicas que contribuyen al desarrollo y a la supervivencia de un organismo
- Metabolismo catabólico
- Conjunto de las vías metabólicas que degrada los nutrientes para obtener energía
- Metabolismo anabólico
- Conjunto de las vías metabólicas que emplea energía obtenida por el catabolismo con finalidades fisiológicas o estructurales
Estrategias energéticas de los organismos
| Autótrofos | Heterótrofos |
|---|---|
| Utilizan compuestos inorgánicos para sintetizar moléculas orgánicas (energéticas) | Incorporan compuestos orgánicos del medio ambiente y los metabolizan |
| Foto-autótrofos (plantas, protista, cianobacterias) | Animales, hongos, y muchos organismos unicelulares |
| Quimio-autótrofos (arquea) |
- Organismos fotótrofos \(\to\) plantas
- Organismos quimiótrofos
- Litótrofos (\(CO_2\)) \(\to\) Plantas, arquea
- Organótrofos \(\to\) animales
Resumen
- Los organismos mantienen su organización compleja sólo mientras mantengan la energía que obtienen de otros sitios
- Las células almacenan y recuperan energía formando y rompiendo enlaces químicos.
- Las células son “maquinarias transformadoras de energía”
- Los enzimas son estructuras proteicas que tienen las instrucciones para ejecutar una particular reacción (substrato, área de la célula, tiempo)
- Los cofactores se asocian con las enzimas y ayudan a su funcionamiento
- El resultado es el flujo coordinado de reacciones químicas que corresponde a un flujo coordinado de energía (vías metabólicas)
- Las vías metabólicas son secuencias de reacciones mediadas por enzimas. Algunas son de biosíntesis y otras son de degradación.
- Vías metabólicas
- Pueden tener un número variable de reacciones bioquímicas
- Cada una tiene una función específica y vital para la célula (aunque algunas comparten algunas reacciones)
- La mayor parte son muy similares en organismos muy diferentes