Lectura 5

QUÍMICA DE LOS RADICALES LIBRES

Las sustancias están constituidas por moléculas y éstas por átomos unidos entre sí por enlaces químicos, a su vez éstos tienen dos electrones apareados (diferentes cargas). Durante la transformación de compuestos, los enlaces se rompen, se forman momentaneamente otra especie y producen moléculas diferentes.
En una fragmentación donde sólo un reactivo se lleva el par electrónico del enlace, se forman iones y se dice que la fragmentación es heterolítica. Cuando en la reacción, cada elemento se lleva un electrón, se forman radicales libres y es una fragmentación homolítica.
Radical libre es: un átomo o grupo de átomos que contiene un electrón desapareado dentro de su estructura. Son altamente reactivos y tienen un tiempo de vida medio menor a 1 micro segundo y se combina para crear moléculas más estables.

A finales del siglo XVII Lavoisier utilizó el término "radical". En 1900 Gomberg hizo observaciones con el bromuro de trifenilmetano con plata; en base a estos estudios se propusieron mecanismo de reacción que fue parte de la industria clave en la Segunda Guerra Mundial. Mediante estos procesos se manufacturó el caucho. De 1950 a 1979 se confirmó la prescencia de radicales libres en procesos biológicos y atmosféricos, así como la prescencia de antioxidantes en el organismo.
Un radical libres se forma cuando un enlace se fragmenta homolíticamente, para lo cual se debe suministrar la suficiente energía para disociar el enlace. Existen cuatro maneras de suministrar la energía necesaria:

Térmica
Se necesitan temperaturas mayores a 800ºC y energía de disociación menores de 30 a 40 kcal/mol.

Fotoquímica
Se necesita una longitud de onda entre 600 y 300 nm que es aproximadamente 48 a 96 kcal/mol. Se puede utilizar luz ultravioleta.

Oxidorreducción
Una reacción de esta naturaleza se genera mediante la transferencia de un sólo electrón. Estas especies no son estables y sefragmentan espontáneamente a un radical R. y a un anión X- o catión X+.

Radioquímica
Con radiación gamma, y fragmenta los enlaces que producen los radicales libres.

Su estructura consiste en dos subgrupos. En la primera estructura, el carbono tiene una hibridación sp2, el radical está en el orbital p. En la segunda, el carbono tiene una hibridación sp3 y el radical está en el orbital sp3. También se pueden generar raicales con dobles y triples enlaces. Destacan los radicales en oxígeno, nitrógeno y azufre, los cuales son mucho más reactivos.

Existen dos posibilidades de estabilidad, los efectos polares y de resonancia. Los primeros están definidos por la diferencia de electronegatividad (la atracción de los electrones) y se clasifican en electrodonadores y electroatractores. Los efectos de resonancia se observan cuando hay la posibilidad del traslape del orbital; el traslape de los orbitales ∏ da lugar a la deslocalización del radical, lo que confiere estabilidad.

Por definición los radicales libres son neutros, esta característica les da propiedades químicas únicas:
1. Pueden reaccionar con otro radical.
2. No le afecta el cambio de polaridad de los disolventes.
3. No se solvatan.
4. No reacciona con H ácidos ni con heteroátomos.
5. El carbocatión y carboanión son muy influenciados por la polaridad de los disolventes.
6. Su estabilidad no se ve afectada por los grupos funcionales adyacentes.
7. La electronegatividad afecta la reactividad de un radical pero no su estabilidad.

Los radicales libres reaccionan en cadena (3 etapas) : se genera más de una molécula de producto por cada evento de inicio.

1. Etapa de inicio: Se generan radicales libre a partir de moléculas estables. El inicio es inducido(térmica, fotoquímica, radioquímica o por oxidorreducción).
2. Etapa de propagación:Un nuevo redical se genera a partir de otro, por lo que no se pierde el carácter radical. Puede haber más de una etapa.
3. Etapa de terminación: Se consumen radicales y no se generan nuevos, pasa cuando dos radicales libres reaccionan entre sí y forman moléculas estables, porque la materia prima escasea y los radicales se sencuentran.

Reacciones elementales.

Dimerización: Es una manera de reaccionar entre ellos, dos radicales idénticos generando un nuevo enlace por la combinación de dos electrones desapareados : compuestos simétricos.

Desproporción: Otra manera de reaccionar de dos radicales que generan un alcano y una olefina.

Adición a dobles ligaduras: Se genera un enlace carbono-carbono. El proceso es termodinámica favorecido, se forma un enlace sigmaa expensas de uno pi más débil.

Abstracción: Sucede cuando la energía de disociación del enlace que se rompe es menor a la del enlace que se forma.

Transposición: (1,5) Es cuando el radical migra cinco posiciones, también hay 1,2 pero no son muy comunes.

β-fragmentación: Son procesos importantes en los procesos biológicos, porque a través de ellos se degradan moléculas grandes, ya que se fragmentan enlaces carbono-carbono.

Oxidación: Metales oxidantes como el Fe (III) o Cu(II) oxidan el radical abstrayendo el electrón convirtiéndolo en un carbocatión que puede reaccionar con un nucleofílico.

Reducción: Cuando un radical gana un electrón forma un carboanión y puede reaccionar con un nucleofílico y formar el producto final.

Aplicaciones

Polimerización:fue un adelanto tecnológico del siglo XX. Reemplazaron el caucho natural y se multiplicaron sus aplicaciones. Actualmente se producen toneladas de polímeros y 75% se manufactura a través de una reacción de polimerización vía radicales libres, como el PVC.

Reacción de Fenton: se conoce desde 1894 es una reacción muy poderosa, se utiliza para degradar desechos industriales que contienen compuestos orgánicos tóxicos, también para el tratamiento de aguas residuales de zonas residuales.

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REACCIONES DE OXIDACIÓN-REDUCCIÓN BIOLÓGICAS

Las reacciones de óxido-reducción son fundamentales en los procesos metabólicos, en los organismos se traduce en transferencia de grupos fosfato. La oxidación es la pérdida de electrones y la reducción es la ganancia de los mismos; un agente oxidante quita electrones y un agente reductor cede electrones. En los organismos no fotosintéticos, la fuente de electrones son compuestos reducidos (alimentos) y en los fotosintéticos es la energía química excitada por la absorción de la luz.
En la célula los transductores de energía, trnasforman la energía de los electrones en trabajo útil y biológico. Conforme la glucosa se va oxidando, se liberan electrones que fluyen a través de estos transductores a intermediarios con una afinidad por electrones como el O2. El flujo electrónico es espontáneo y exergónico. En la cadena respiratoria el trabajo osmótico y eléctrico es aprovechada por el complejo ATP sintetasa.

Los electrones se transfieren de una molécula a otra de cuatro maneras:
1. Transferir directamente como electrones.
2. Transferir en forma de átomos de Hidrógeno (H+) que incluye un electrón (e-).
3. En forma de ión hidruro (incluye dos electrones).
4.Combinación de un reductor orgánico con oxígeno.

Los potenciales de reducción son una medida de la afinidad hacia los electrones.
La utilidad de los potenciales de reducción radica en varios temas, uno de ellos es que se puede predecir la dirección del flujo electrónico; tiene una tendencia a fluir al elctrodo más positivo.
La energía que se obtiene para realizar trabajo por este flujo espontáneo de electrones es proporcional a

En la serie de reacciones que oxidan la glucosa, los electrones son eliminados y se transfieren a coenzimas especializadas en el transporte de electrones, como el NAD- y el FAD.

Las enzimas que están en el cuerpo de los organismos, canalizan los electrones desde sus sustratos a unos tipos de tranportadores electrónicos.
NAD-, NADP, FMN y FAD son cofactores hidrosolubles, su reducción permite la conservación de la energía libre. Los nucleótidos NAD- y NADP se trasladan facilmente de una enzima a otra.

Las proteínas ferro-sulfuradas y los citocromos experimentan oxidación y reducción reversible y actúan también como transportadoras de electrones.

Mientras una molécula de sustrato es oxidada, cediendo dos átomos de hidrógeno, la forma oxidada del nucleótido acepta un ión hidruro (:H-), equivalente a un protón y dos electrones.
Se conocen más de 200 enzimas que catalizan reacciones en las que el NAD+ o el NADP aceptan un ión hidruro desde algún sustrato reducido o en el que el NADH o el NADPH donan un ión hidruro a un sustrato oxidado.

Las flavoproteínas son enzimas que catalizan reacciones de oxidación-reducción utilizando flavina mononucleótido (FMN) o flavina adenina dinucleótido (FAD) como cofactor. Los cofactores proporcionan un medio por el que la flavoproteína puede retener temporalmente electrones mientras cataliza la transferencia electrónica desde un sustrato reducido a un aceptor electrónico. Una característica importante de las flavoproteínas es que la variabilidad en el potencial de reducción estándar.
Algunas flavoproteínas tienen, además de nucelótidos, iones inorgánicos (hierro y molibdeno) fuertemente unidos que pueden participar en transferencia de electrones.

Lectura 3

LOS COMPUESTOS DE FOSFATO DE ALTA Y BAJA ENERGÍA

LEOPOLDO DE MEIS Y GUTEMBERG G. ALVES

INTRODUCCIÓN

Los organismos han encontrado maneras para aprovechar la energía del ambiente. El ATP (trifosfato de adenosina) es el portador de energía más importante de la célula. Las enzimas ATPasas pueden convertir la energía derivada de la hidrólisis del ATP en trabajo (contracción muscular, movimiento) o en producción de luz como las luciérnagas, y una parte de la energía se disipa en forma de calor.
Se discutirán los procesos de transducción de energía, el concepto de compuestos de fosfato de alta y baja energía, y cómo intervienen las enzimas para producir energía. Esto es importante para comprender la termogénesis y algunas enfermedades relacionadas.

EL CONCEPTO INICIAL

La historia del ATP se remonta a los años 20 cuando Fiske y Subbarow buscaban un método de cuantificación del fosfato inorgánico en tejidos animales.
En 1941 Lipmann propuso lo siguiente:
I. La energía derivada de la hidrólisis de un compuesto de fosfato depende de la naturaleza química del enlace que liga el residuo de fosfato al resto de la molécula.
II. Los enlaces de fosfato ricos en energía, presentan Keq elevada para la hidrólisis del agua y viceversa.
III. El fosfato gama del ATP se puede transferir. Entonces la única manera de regenerar cualquier molécula de ATP hidrolizado sería invertir compuestos de fosfato de energía igual mayor que el ATP.

En base a las formulaciones anteriores, se pensaba que la secuencia de la transducción de energía en enzimas seguía los siguiente pasos:
I. La enzima une al ATP
II. El ATP es hidrolizado y la energía se liber en el momento de la ruptura del enlace fosfato.
III. La energía es absorbida por la enzima y utilizada para trabajo. Para la síntesis de ATP a partir de ADP y Pi, los eventos tendrían orden inverso.
IV. La enzima uniría al ADP y al Pi.
V. Una salida de energía en el sitio catalítico dirigir la síntesis de ATP.
VI. Formado el ATP se disocia la enzima y se difunde en el citosol.
Estos conceptos permanecieron desde 1941 a 1970 y se pensaba que la "alta energía" del enlace fosfato dependía de efectos intramoleculares como resonancia de oposición, repulsiones electrostáticas y distribución del electrón en el esqueleto de la molécula.

Por esto se pensaba que la elevada constante de equilibrio Keq estaba determinada por las cargas negativas y la resonancia. La carga negatica de cualquier lado del enlace se rechazaría creando tensión dentro de la molécula y la resonancia de oposición generaría puntos de debilidad, por lo tanto sería fácil de romper la molécula. Esto sería responsable de la elevada Keq para la hidrólisis.

NUEVOS CONCEPTOS

En 1970 se concluyó que en los sistemas biológicos los compuetos de fosfato están en solucióne interaccionan con el agua protegiendo las cargas y formando puentes que refuerzan los puntos débiles de la molécula. También propusieron que la Keq para la hidrólisis se debe determinar por las diferencias en energías de solvatación de los reactivos y productos. La energía de solvatación es la cantidad de energía necesaria para remover a las moléculas de solvente que se organizan alrededor de una sustancia en solución.
Cuando los productos están más solvatados que los reactivos la Keq es alta.
Un cambio pequeño en la organización del solvente alrededor de las moléculas de los reactivos y los productos sería suficiente para explicar la energía de hidrólisis del PPi.

En 1978 la teoría de la solvatación fue revisada y verificada.
La energía libre positiva de hidrólisis indica que cuando los reactivos y los productos no están solvatados, el acetilfosfato y la fosfocreatina son más estables que los productos de su hidrólisis.

CUANTIFICACIONES EXPERIMENTALES

El descubrimiento de que una misma especie química pudiera tener diferentes energías de hidrólisis dependiendo si está en solución o en la superficie de la enzima, fue la motivación de la teoría de solvatación; aunque se quiso comprobar experimentalmente.
La estrategia fue medir Keq en medios acuosos a diferentes concentraciones de solventes orgánicos. Se encontró un cambio en la actividad del agua suficiente para promover un cambio drástico en la energía de hidrólisis. En medios acuosos el cambio de la energía libre de hidrólisis fue -5 kcal/mol, pero se elevó a +1 kcal/mol cuando la actividad del agua disminuyó a 0.5. Un año después se descubrió la posibilidad de la síntesis espontánea de ATP en cloroformo hidratado lo cual tuvo una enorme importancia fisiológica.

PPi DE ALTA Y BAJA ENERGÍA

Los cromatóforos de las bacterias fotosintéticas tienen una enzima (pirofosfatasa inorgánica membranal) que sintetiza PPi cuando un gradiente electroquímico de protones se forma a través de la membrana, en la oscuridad el PPi sintetizado es metabolizado previamente por esta enzima.
El ciclo de transducción de energía medido con cromatóforos: la enzima puede sintetizar PPi en la oscuridad cuando la actividad del agua es reducida por la adición de solventes orgánicos. El PPi no es un compuesto de alta energía y se sintetiza espontáneamente. Entonces si diluyen el medio con agua, para disminuir la concentración del solvente orgánico, el PPi sintetizado es previamente metabolizado por la enzima porque ahora el PPi es un compuesto de alta energía con una Keq alta. Los experimentos muestran que:

a) La disminución dw Wa activa un mecanismo del cual se deriva energía del gradiente electroquímico generado por la luz es utilizado para la síntesis de PPi en cromatóforos.

b) Para la síntesis de PPi, la energía es necesaria para modificar el ambiente de un punto bajo de actividad de agua a uno elevado, se convierte en un compuesto de fosfato de alta energía.

CONVERSIÓN DE ENLACES FOSFATO DE ALTA ENERGÍA EN BAJA ENERGÍA EN EL SITIO CATALÍTICO DE LAS ENZIMAS.

Los estudios del ciclo catalítico de las enzimas implicada en procesos de transducciín de energía, muestran que la energía de hidrólisis de diversos compuestos de fosfato varía considerablemente dependiendo si están en solución o unidos a la enzima. Para las ATPasas, la energía es necesaria para desplazar los iones a través de la membrana está disponible antes de la ruptura del compuesto de fosfato. Durante el ciclo catalítico la Keq disminuye para la hidrólisis del transporte a través de la membrana se acopla con esta transición de la Keq. La hidrólisis parece ser necesaria para permitir la disociación de los productos de la hidrólisis.

Según los nuevos resultados, la secuencia para la transducción de energía en ATPasas de transporte:

a) La enzima une al ATP.
b) La enzima realiza trabajo sin que el compuesto de fosfato sea hidrolizado. Hay una disminución de energía.
c) El compuesto de fosfato se rompe y los productos de hidrólisis se disocian en un proceso que implica un cambio pequeño de energía.

En el proceso inverso, el ATP, PPi, se sintetizan en ambiente hidrofóbico.

La propuesta de que la conversión del compuesto de fosfato de alta energía en el de baja por un cambio de Wa en el sitio catalítico. Se ha demostrado que las enzimas utilizan energía de un gradiente químico, pueden promover esta síntesis incluso en ausencia del gradiente.

TRANSDUCCIÓN ENERGÉTICA Y PRODUCCIÓN DE CALOR EN LAS ATPasas DE TRANSPORTE

En reacciones que implican la transducción de energía, sólo una parte de la energía se convierte en trabajo. La otra parte se convierte en calor, y en eanimales endotérmicos, al calor liberado se utiliza para mantener su temperatura.

El interés en la termogénesis ha aumentado debido a sus implicaciones para la salud y enfermedad. Las alteraciones de la termogénesis como el peso corporal, disfunción endócrina, hipertiroidismo hay una disminución de peso corporal y un aumento del metabolismo en la producción de calor, la hormona tiroidea está implicada en la regulación térmica.

La cantidad total de energía liberada durante la hidrólisis del ATP es siempre igual, pero la fracción que se convierte en trabajo o calor, se modula por la enzima.

La regulación de la producción del calor depende por lo tanto del cociente entre los residuos del acilfosfato de alta y baja energía rotos durante la catálisis.

En el hipertiroidismo el índice de la producción de calor aumenta, las isoformas de SERCA (ATPasas sarco/endoplásmicas) que producen más calor. La actividad desacoplada puede ser una de las fuentes de calor que contribuyen a la termogénesis en el hipertiroidismo.

Lectura 2

CATABOLISMO Y ANABOLISMO

El metabolismo se divide en dos: Catabolismo y Anabolismo.
El catabolismo se encarga de degradar moléculas nutritivas y grandes (lípidos, proteínas, carbohidratos, etc) a moléculas más sencillas (CO2, urea), además de liberar energía química y conservarla en forma de ATP.
El anabolismo sintetiza componentes celulares de las células (proteínas, ácidos nucléicos) a partir de moléculas sencillas, esto requiere un consumo de energía química en forma de ATP.
Generalmente en los seres vivos el anabolismo y catabolismo se desarrollan simultáneamente.



SISTEMAS MULTIENZIMÁTICOS

Las enzimas son unidades catalíticas del metabolismo intermediario que cataliza varias reacciones conectadas por intermediarios, de modo que el producto de la primera enzima es el sustrato de la siguiente.

Los sistemas multienzimáticos pueden comprender de 2 a 20 enzimas en secuencia; y se pueden distinguir tres niveles de complejidad:
• Enzimas individuales disueltas en el citoplasma, no asociasadas.
• Enzimas con un grado mayor de organización , físicamente asociadas y funcionan como complejos multienzimáticos (levadura).
• Enzimas con un grado aún mayor de organización, asociadas a grandes estructuras supramoleculares como membranas y ribosomas (cadenas de enzimas transportadoras de electrones).

RUTAS CATABÓLICAS, ANABÓLICAS Y ANFIBÓLICAS

La degradación enzimática de cada uno de los elementos nutritivos mayoritarios ocurren gracias a las reacciones enzimáticas organizadas en tres fases. Estas rutas son divergentes.

Catabolismo
Fase I :los polisacáridos se degradan a hexosas o pentosas, lípidos a ácidos grasos y las proteínas a aminoácidos.

Fase II: los productos de la fase anterior se convierten en intermediarios más sencillos.

Fase III: los productos anteriores se oxidan a CO2 y agua.

Anabolismo (biosíntesis)
Fase III: se generan pequeñas moléculas precursoras.

Fase II: las anteriores se convierten en moléculas sillares.

FaseI: finalmente se ensamblan para constituir macromoléculas.

Las rutas metabólicas determinan la formación de ATP a partir de ADP y fosfato, además de que su regulación de independiente.

CICLO ENERGÉTICO EN LAS CÉLULAS

Las moléculas orgánicas tienen un nivel considerado de entropía. Cuando la glucosa se oxida para convertirse en CO2 y agua su entropía se incrementa. La glucosa experimenta una pérdida de energía libre, que es la forma de realizar trabajo bajo condiciones de temperatura y presión constantes.

El calor no puede ser utilizado como fuente de energía por los organismos vivos, ya que son isotermos, el calor sólo puede realizar trabajo a presión constante cuando fluye.

Los electrones son un vehículo para la transferencia de energía química. Éstos son transportados mediante coenzimas; el más importante es el NADP (nicotin-adenin-dinucleótido-fosfato) que transporta grupos fosfato y de energía desde las reacciones del catabolismo a las del anabolismo. Trabajo biológico

ALMACENADORES DE GRUPO FOSFATO DE ENERGÍA ELEVADA

El ATP es un transportador de energía, sin embargo algunas células poseen fosfatos que actúan como almacenadores de energía como la fosfocreatina. La ruta conocida para la desfosforilación de la fosfocreactina es la inversión de la reacción: El depósito de fosfocreatina se llena de grupos fosfato cuando el ATP está en concentración elevada, cuando desciende su concentración, los grupos fosfato son devueltos al ADP. Este sistema es importante especialemente en el músculo esquelético y en menores cantidades en el músculo liso y en células nerviosas.

DINÁMICA DEL RECAMBIO DEL GRUPO FOSFATO EN LA CÉLULA

En células intactas, las concentraciones de ATP, AMP y ADP son constantes; aunque el ATP en mayores concentraciones que el ADP y AMP. Si la célula se somete a trabajo agobiante repentino se ve forzado a usar ATP a mayor velocidad; al principio bajará su concentración mientras que la de ADP aumentará. Este cambio genera una señal qie provoca la acelaración de la producción de ATP, glucólisis y respiración que se harán también a velocidades superiores para mantener el equilibrio. Al desaparecer el trabajo repentino la concentración de ATP incrementará y la de ADP disminuirá. La regulación de la sñintesis de ATP es posible gracias a las intervención de enzimas reguladoras.

ENERGÉTICA DE LOS SISTEMAS ABIERTOS

Las células vivas son sistemas abiertos porque tiene un intercambiode sustancias con su medio, nunca está en equilibrio. En estado estacionario la velocidad de entrada de materia es igual a la velocidad de salida. Cuando la concentración de los componentes es constante, la velocidad de formación de sus componentes es la misma a la de utilización.

Un sistema abierto en estado estacionario es capaz de efectuar trabajo porque está alejado de su equilibrio, al llegar al equilibrio es incapaz de realizar trabajo. Cuando el nivel de entropía se encuantr en el mínimo se dice que opera en su máxima eficacia.

Lectura 2

CATABOLISMO Y ANABOLISMO

El metabolismo se divide en dos: Catabolismo y Anabolismo.
El catabolismo se encarga de degradar moléculas nutritivas y grandes (lípidos, proteínas, carbohidratos, etc) a moléculas más sencillas (CO2, urea), además de liberar energía química y conservarla en forma de ATP.
El anabolismo sintetiza componentes celulares de las células (proteínas, ácidos nucléicos) a partir de moléculas sencillas, esto requiere un consumo de energía química en forma de ATP.
Generalmente en los seres vivos el anabolismo y catabolismo se desarrollan simultáneamente.

SISTEMAS MULTIENZIMÁTICOS

Las enzimas son unidades catalíticas del metabolismo intermediario que cataliza varias reacciones conectadas por intermediarios, de modo que el producto de la primera enzima es el sustrato de la siguiente.

Los sistemas multienzimáticos pueden comprender de 2 a 20 enzimas en secuencia; y se pueden distinguir tres niveles de complejidad:

• Enzimas individuales disueltas en el citoplasma, no asociasadas.
• Enzimas con un grado mayor de organización , físicamente asociadas y funcionan como complejos multienzimáticos (levadura).
• Enzimas con un grado aún mayor de organización, asociadas a grandes estructuras supramoleculares como membranas y ribosomas (cadenas de enzimas transportadoras de electrones).

RUTAS CATABÓLICAS, ANABÓLICAS Y ANFIBÓLICAS

La degradación enzimática de cada uno de los elementos nutritivos mayoritarios ocurren gracias a las reacciones enzimáticas organizadas en tres fases. Estas rutas son divergentes.

Catabolismo
Fase I :los polisacáridos se degradan a hexosas o pentosas, lípidos a ácidos grasos y las proteínas a aminoácidos.

Fase II: los productos de la fase anterior se convierten en intermediarios más sencillos.

Fase III: los productos anteriores se oxidan a CO2 y agua.

Anabolismo (biosíntesis)
Fase III: se generan pequeñas moléculas precursoras.

Fase II: las anteriores se convierten en moléculas sillares.

FaseI: finalmente se ensamblan para constituir macromoléculas.

Las rutas metabólicas determinan la formación de ATP a partir de ADP y fosfato, además de que su regulación de independiente.

CICLO ENERGÉTICO EN LAS CÉLULAS

Las moléculas orgánicas tienen un nivel considerado de entropía. Cuando la glucosa se oxida para convertirse en CO2 y agua.

Lectura 1

En civilizaciones antiguas se le quiso dar una explicación a la energía que participa en los procesos vitales, por esto se hablaba de la "fuerza vital" la cual fue modificándose con el paso del tiempo.
El precursor de las ideas modernas sobre la energía fue Lavoisier las cuales, algunas siguen siendo vigentes.
En este texto se quisieron revisar los requerimientos de energía, su transformación y su uso en los procesos biológicos y en la vida diaria.



Conceptos generales



"Todos los seres vivos mantienen con el medio ambiente un desequilibrio que los aleja de la muerte. Sólo al morir se destruyen las barreras que separan unos compartimientos de otros."





La vida necesita una gran cantidad de energía; esto es obvio en el caso de algunos procesos donde implica el movimiento, pero en otros la energía también es necesaria, aunque no sea tan evidente como la digestión, el paso de sustancias de una célula a otra, etc. Pero, ¿de dónde viene la energía? Sabemos que proviene de la comida que consumimos pero en general, no se sabe cómo es que la aprovechamos y cómo se convierte en energía mecánica; o cómo la luz del sol es aprovechable por las plantas y animles.

Es importante definir algunos conceptos para entender mejor el tema.

1. La fuerza: es aquello capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo.

1. Trabajo y energía: son términos equivalentes. El trabajo resulta de aplicar una fuerza sobre un cuerpo y de producir su movimiento. La energía es la capacidad de hacer trabajo.


2. La potencia: es la capacidad de realizar cierto trabajo, en relación con el tiempo.

Las unidades que se emplean más comunmente para estos conceptos son el Joule y la caloría. La caloría es a cantidad de calor que se requiere para elevar en un grado la temperatura de un gramo de agua. El Joule es igual a poco más de cuatro calorías.

En qué se "utiliza" la energía

La primera ley de la termodinámica señala que la energía de un sistema no se crea ni se destruye, sino que se transforma. Hay diferentes tipos de energía como: energía química, eléctrica, mecánica, calorífica, entre muchas otras.

Los seres vivos transformamos la energía de diferentes maneras. Una de ellas es la capacidad para generar calor, éste es el resultado de la energía que se "libera" y se transforma en calor. Otra manera es la capacidad de transformar energía en movimiento, a fin de cuentas es la transformación de la energía química contenida en los enlaces moleculares de los alimentos, en energía mecánica, que es finalmente el movimiento. El funcionamiento de nuestros órganos internos tamibén necesitan de úna cierta cantidad de energía a pesar de que no haya un movimiento aparente. El sistema nervioso necesita una gran cantidad de energía para mantener la homeostasis dentro de cada organismo. El movimiento de sustancias a través de membranas también es una transformación de energía que no pecibimos facilmente, este proceso se realiza durante el aprovechamiento de sustancias durante la digestión, así como sus desechos. Una última transformación es la renovación de moléculas que nos constituyen, al romperlas, la energía química de sus enlaces se transforme en calor.

Fuentes de energía

La principal fuente de energía es el Sol, las plantas la utilizan para convertir la energía luminosa en energía química, (fundamentalmente glucosa y derivados de ella como proteínas, almidones, grasas,etc.) nosotros aprovechamos esta energía química al comerlas, y al respirar el producto de su proceso metabólico (oxígeno). Al alimentarnos, producimos una molécula conocida como la moneda energética(descubierta en 1933 por Fritz Lohman) , el ATP (Adenosín TriFosfato) que se utiliza en la mayoría de los procesos metabólicos y obtenemos energía de ella al romper los enlaces fosfato.

A finales del siglo XVIII Lavoisier observó que si se quemaba glucosa en presencia de aire, se producía calor y tradujo este proceso al metabolismo: donde se oxida la glucosa y se produce bióxido de carbono y agua.
Otra fuente importante de energía es el poder reductor el nicotín adenín dinucleótido(NAD-NADH, por su forma oxidada y reducida respectivamente) descubierto por Otto Wardburg.

En 1948 Schneider y Hogeboom hicieron experimentos con hígado para estudiar a las mitocondrias y la forma en que ellas producen ATP, es decir energía; también aislaron cloroplastos.

En 1961 Peter Mitchell integró los conocimientos que se habían acumulado para postular mecanismos generales, para dar orígen a la Teoría quimiosmótica donde habla del gradiente electroquímico presenta en la cadena respiratoria.