sábado, 23 de abril de 2011

energia


Energía 

Es la capacidad de realizar un trabajo. A pesar que existen varias formas de energía: química, luminosa, mecánica, etc. , solo hay dos tipos básicos:
Potencial: es la capacidad de realizar trabajo como resultado de su estado o posición. Puede estar en los enlace químicos, en un gradiente de concentración, en un potencial eléctrico, etc.
Cinética: es la energía del movimiento, puede existir en forma de calor, luz, etc.
En términos bioquímicos, representa la capacidad de cambio, ya que la vida depende de de que la energía pueda ser transformada de una forma a otra, cuyo estudio es la base de la termodinámica. Sus leyes son aplicables a los sistemas cerrados o aislados, es decir aquellos que no intercambian energía con el medio que los rodea; las células son sistemas abiertos, o sea pequeñas partes de un sistema cerrado mayor. Las leyes de la termodinámica expresan:
1º Ley: en un sistema aislado la energía no se crea ni se destruye, puede ser transformada de una forma en otra.
2º Ley: no toda la energía puede ser usada y el desorden tiende a aumentar, lo que se conoce como entropía.

Metabolismo

Cada célula desarrolla miles de reacciones químicas que pueden ser exergónicas (con liberación de energía) o endergónicas (con consumo de energía), que en su conjunto constituyen el METABOLISMO CELULAR. Si las reacciones químicas dentro de una célula están regidas por las mismas leyes  termodinámicas ... entonces cómo se desarrollan las vías metabólicas?
1. Las células asocian las reacciones: las reacciones endergónicas se llevan a cabo con la energía liberada por las reacciones exergónicas.
2.  Las células sintetizan moléculas portadoras de energía que son capaces de capturar la energía de las reacciones exergónicas y las llevan a las reacciones endergónicas.
3. Las células regulan las reacciones químicas por medio de catalizadores biológicos:ENZIMAS.

ATP: Reacciones acopladas y transferencia de energía

Las células acostumbran a guardar la energía necesaria para sus reacciones en ciertas moléculas, la principal es el: ATP, trifosfato de adenosina. Las células lo usan para capturar, transferir y almacenar energía libre necesaria para realizar el trabajo químico. Funciona como una MONEDA ENERGÉTICA.
La función del ATP es suministrar energía hidrolizándose a ADP y Pi. Esta energía puede usarse para:
obtener energía química: por ejemplo para la síntesis de macromoléculas;
transporte a través de las membranas
trabajo mecánico: por ejemplo la contracción muscular, movimiento de cilios y flagelos, movimiento de los cromosomas, etc.

Estructura del ATP: es un nucleótido compuesto por la adenina (base nitrogenada), un azúcar (ribosa) y tres grupos fosfato.
Note que las cargas altamente ionizables de los grupos fosfatos hacen que se repelan unos de otros; por lo tanto resulta fácil separar uno o dos Pi (fosfatos inorgánicos, forma corta del HPO42-) del resto de la molécula.
La hidrólisis del ATP da: 
  1. ATP + H2O ---> ADP + Pi
    2. El cambio de Energía libre.G o' = -7,3 Kcal/mol --> muy exergónica (elG de una célula viva está en - 12 Kcal/mol)
2. La hidrólisis del adenosín difosfato da: ADP + H2O ---> AMP + Pi
    G o' = -7,2 Kcal/mol --> muy exergónica
Para sintetizar ATP (adenosín-trifosfato) a partir de ADP (adenosín-difosfato) se debe suministrar por lo menos una energía superior a 7,3 Kcal. Las reacciones que, típicamente suministran dicha energía son la reacciones de oxidación.
ADP  +  Pi  + energía libre -->  ATP  + H2O 

Síntesis del ATP

Las células requieren energía para múltiples trabajos:
Sintetizar y degradar compuestos
Transporte a través de las membranas (activo, contra el gradiente de concentración).
Movimientos celulares.
Transporte de señales entre el exterior e interior celular
Esta energía se encuentra en las moléculas de ATP, en las uniones químicas de alta energía  de los fosfatos. Las moléculas de ATP se ensamblan en las mitocondrias a partir del ADP y los Pi con la energía tomada de la ruptura de moléculas complejas como la glucosa, que a su vez deriva de los alimentos ingeridos. 
La Glucosa (C6 H12 O6) es el combustible básico para la obtención de energía, muchos otros compuestos sirven como alimento, pero casi todos son transformados a glucosa mediante una serie de numerosísimas oxidaciones graduales, reguladas enzimáticamente, al cabo de las cuales el oxígeno atmosférico (ingresado por respiración pulmonar) se une a los átomos de hidrógeno de las citadas moléculas para formar H2O. En cada oxidación se liberan gradualmente pequeñas porciones de energía que son capturadas para formar el ATP. Si las oxidaciones son fueran graduales, la energía se liberaría de manera violenta y se dispersaría como calor.
En el proceso de obtener energía a partir de la glucosa hay tres procesos metabólicos:
GLUCÓLISIS: ocurre en el citosol, donde cada molécula de glucosa, con sus 6 átomos de Carbono, da lugar a dos moléculas de piruvato (de 3 átomos de Carbono). Se invierten dos ATP pero se generan cuatro.
RESPIRACIÓN CELULAR: ocurre cuando el ambiente es aerobio (contiene O2) y el piruvato se transforma en dióxido de Carbono (CO2) liberando la energía almacenada en los enlaces piruvato y atrapándola en el ATP.
FERMENTACIÓN: cuando el O2 está ausente, ambiente anaerobio, en lugar de producir CO2 se producen otras moléculas como el ác. láctico o el etanol.

REDOX


Cuando los grupos fosfatos se transfieren al ADP para formar ATP, se está almacenando energía. Otra forma es transferir electrones (e-), las reacciones se denominan de oxidorreducción o reacciones redox.

La ganancia de uno o más e- por un átomo, ión o molécula --> REDUCCIÓN
la pérdida de uno o más e- por un átomo, ión o molécula --> OXIDACIÓN
Hay que tener en cuanta que una molécula se oxida o se reduce no solamente cuando intercambia  e-, sino también cuando intercambia átomos de Hidrógeno (no iones H), ya que involucra transferencia de electrones:   H = H+  + e- .
Por ello una oxidación siempre ocurre simultáneamente con una reducción. Cuando un material se oxida, los e- perdidos se transfieren a otro material, reduciéndolo.

  reacción redox animada.
Parte de la energía presente en el agente reductor (cuando dona e-), se asocia con el producto reducido, por lo que las reacciones redox son otra forma de transferencia de energía.

Cofactores Redox

Durante las principales reacciones redox del catabolismo de la glucosa intervienen dos moléculas intermediarias: NAD y FAD. Se denominan cofactores Redox: alternativamente se reducen y luego se oxidan.
NAD: nicotinamida adenina dinucleótido. NAD+ en su forma oxidada y NADH + H  cuando está reducido.
La concentración de NAD+ en la célula es pequeña; por lo tanto debe reciclarse continuamente de la forma oxidada a la reducida y viceversa.
NAD+ (oxi) + 2H+ + 2e- ----> NADH (red) + H+
FAD: flavina adenina dinucleótido. Transporta 2H, por lo que es FAD en su forma oxidada y FADH2 cuando está reducido.
Otros cofactores Redox:
Ubiquinona (Coenzima Q) -- transporta 2H
Grupo Hemo (en los citocromos) -- transporta un electrón

Anabolismo ¿versus? Catabolismo

La actividad vital se manifiesta a través del metabolismo, las reacciones pueden ser de dos tipos:
Reacciones anabólicas: destinadas a formar moléculas propias, por lo general son reacciones de síntesis de moléculas complejas a partir de moléculas simples. Esta reacción requiere energía.

Reacciones catabólicas: implican la disgregación y oxidación de las biomoléculas, con su consecuente destrucción, obteniéndose energía en forma de ATP en el proceso. Esta energía es la usada en las reacciones anabólicas.

La mayor parte de los usos de la energía en las células vivas comprenden pares de reacciones asociadas con enlaces ATP. En la primera reacción la energía liberada por medio de una reacción exergónica produce la síntesis de ATP, en la segunda, la hidrólisis del ATP produce una reacción endergónica que requiere energía.
Cada reacción acoplada es catalizada por una enzima específica que coloca a las moléculas a los canales de energía de ATP de manera adecuada.
El ATP es usado como donante de energía en muchas reacciones anabólicas (de síntesis) acoplándose a las mismas en manera tal que el G sea negativo y la reacción se produzca espontáneamente.

Redacción: Ana M. Gonzalez ana@unne.edu.ar  & Dr. Jorge Raisman lito@unne.edu.ar
Actualizado: Viernes, 30 de Septiembre de 2005
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