Cap 6, flujo de energía en la vida de una célula
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¿qué es la energía?
la capacidad para realizar trabajo.
¿qué es el trabajo?
la transferencia de energía hacia un objeto que hace que éste se mueva.
¿qué moléculas almacenan la energía que impulsa el trabajo muscular?
glucosa, glucógeno y grasa.
¿qué papel juega el ATP en la célula?
acepta, almacena brevemente y transfiere energía desde las reacciones que la liberan hacia las que la demandan (como la contracción muscular).
¿cuáles son los dos tipos fundamentales de energía?
energía potencial y energía cinética.
¿qué es la energía potencial?
energía almacenada, incluye energía elástica (resorte comprimido), gravitacional (agua tras una presa) y química (baterías, moléculas biológicas, combustibles fósiles).
¿qué es la energía cinética?
la energía de movimiento, incluye energía radiante (luz, rayos X), térmica o calor, eléctrica y el movimiento de objetos grandes.
¿qué afirma la primera ley de la termodinámica?
que la energía no se crea ni se destruye mediante procesos ordinarios; solo cambia de forma. Se llama ley de conservación de la energía.
¿qué es un sistema aislado?
un espacio donde no puede entrar ni salir masa o energía; la cantidad total de energía antes y después de cualquier proceso es invariable.
¿qué afirma la segunda ley de la termodinámica?
que cuando la energía se convierte de una forma a otra, la cantidad de energía útil disminuye, ningún proceso de conversión es 100% eficiente.
¿en qué forma se pierde casi siempre la energía útil?
en forma de calor, que no puede usarse para impulsar actividad muscular o cerebral.
¿qué es la entropía?
la tendencia hacia la pérdida de complejidad, orden y energía útil; es decir, hacia la aleatoriedad y el desorden.
¿cómo se revierte la entropía?
agregando energía al sistema, como en la limpieza y organización que requieren energía.
¿por qué la vida no viola la segunda ley de la termodinámica?
porque las células, los organismos y la Tierra no son sistemas aislados: reciben un continuo influjo de energía solar útil que les permite mantener su organización.
¿de dónde proviene la energía que mantiene la vida?
del Sol, a través de reacciones nucleares; toda la energía solar entra a la biosfera mediante organismos fotosintéticos (plantas y algas).
¿qué ocurre con la energía solar que no queda atrapada por los seres vivos?
la mayor parte se convierte en calor; parte permanece en la atmósfera y mantiene la Tierra en un rango de temperatura que sostiene la vida.
¿cómo han cambiado los humanos la atmósfera desde el siglo XIX?
han aumentado los niveles de CO₂ atmosférico casi en 30% por la quema de combustibles fósiles, y como el CO₂ atrapa calor, están cambiando el clima de la Tierra.
¿qué es una reacción química?
un proceso que rompe y forma enlaces químicos, convirtiendo reactantes en productos con el mismo número y tipo de átomos.
¿qué es una reacción exergónica?
una reacción que libera energía globalmente; los productos contienen menos energía que los reactantes (ej. quemar azúcar, descomposición de glucosa).
¿qué es una reacción endergónica?
una reacción que requiere una entrada neta de energía; los productos contienen más energía que los reactantes (ej. síntesis de proteínas, fotosíntesis).
¿qué es la energía de activación?
la energía requerida para iniciar una reacción química, superando la repulsión entre las capas de electrones de los átomos.
¿por qué las reacciones químicas requieren energía de activación?
porque las capas de electrones con carga negativa se repelen mutuamente y mantienen separados a los átomos; se necesita energía para acercarlos y formar nuevos enlaces.
¿cómo puede proporcionarse la energía de activación?
mediante la energía cinética de las moléculas en movimiento; las colisiones rápidas fuerzan a las capas electrónicas a mezclarse y reaccionar.
¿por qué la mayoría de las reacciones ocurren más fácilmente a temperaturas altas?
porque las moléculas se mueven más rápido conforme aumenta la temperatura, lo que aumenta las colisiones efectivas.
¿qué son las moléculas portadoras de energía?
moléculas de alta energía que se sintetizan en el sitio de una reacción exergónica, capturan y almacenan temporalmente parte de la energía química liberada (ej. ATP, portadores de electrones).
¿qué es el ATP?
adenosín trifosfato, un nucleótido compuesto de adenina, ribosa y tres grupos fosfato; la "divisa energética" de las células.
¿cómo se sintetiza el ATP?
cuando la energía de reacciones exergónicas se usa para combinar fosfato inorgánico (Pi) con ADP (adenosín difosfato). Esta síntesis es endergónica.
¿cómo libera energía el ATP?
se descompone en ADP y Pi, liberando la energía que impulsa las reacciones endergónicas.
¿cuántas veces se recicla una molécula de ATP al día?
aproximadamente 1 400 veces cada día.
¿qué moléculas pueden almacenar energía a largo plazo?
almidón (plantas), glucógeno y grasas (animales), que pueden almacenar energía durante horas, días o incluso años.
¿qué es una reacción acoplada?
una reacción exergónica proporciona la energía necesaria para impulsar una reacción endergónica, usando ATP o portadores de electrones como intermediarios.
¿qué son los catalizadores?
sustancias que aceleran la tasa de una reacción al reducir su energía de activación, sin agotarse ni alterarse permanentemente.
¿qué son las enzimas?
catalizadores biológicos muy específicos, casi todas proteínas, que aceleran una o pocas reacciones químicas específicas.
¿qué es el sitio activo de una enzima?
un bolsillo donde entran los sustratos (moléculas reactantes); su forma y las cargas de sus aminoácidos determinan qué moléculas pueden entrar.
¿qué es el metabolismo de una célula?
la suma de todas sus reacciones químicas.
¿qué es una ruta metabólica?
una secuencia de reacciones ligadas donde una molécula inicial se convierte, con ayuda de enzimas, en intermediarios hasta producir un producto final (ej. fotosíntesis, descomposición de glucosa).
¿cómo regulan las células sus rutas metabólicas?
controlando el tipo, la cantidad y los niveles de actividad de las enzimas que producen.
¿qué efecto tiene aumentar la concentración de enzima o sustrato?
aumenta la tasa de reacción, porque incrementa las posibilidades de que las moléculas se encuentren.
¿cómo pueden los genes regular las enzimas?
activándose o desactivándose según las necesidades de la célula, lo que hace que se sinteticen más o menos enzimas.
¿por qué algunas enzimas se sintetizan en formas inactivas?
para que solo se activen donde y cuando se necesitan; por ejemplo, pepsina y tripsina se producen con el sitio activo cubierto para no digerir la célula que las fabrica.
¿cómo se activa la pepsina y tripsina?
la pepsina por las condiciones ácidas del estómago (pH ~2), que exponen su sitio activo y la tripsina se libera inactiva en el intestino delgado y se activa mediante otra enzima secretada por células intestinales.
¿qué es la inhibición competitiva?
una molécula inhibidora con semejanzas estructurales al sustrato ocupa el sitio activo y compite directamente con el sustrato por él.
¿qué es la inhibición no competitiva?
una molécula se une a un sitio de la enzima distinto del sitio activo, haciendo que este cambie de forma y quede indisponible para el sustrato.
¿qué es la regulación alostérica?
una enzima se activa o inhibe por moléculas que se unen a un sitio alostérico, siempre distinto del sitio activo.
¿qué es la inhibición alostérica?
una forma de inhibición no competitiva donde una molécula inhibidora se une a un sitio de inhibición alostérico y estabiliza la enzima en su forma inactiva.
¿qué es la activación alostérica?
una molécula activadora se une a un sitio de activación alostérico y estabiliza la enzima en su forma activa.
¿qué es la inhibición por realimentación?
la actividad de una enzima cerca del comienzo de una ruta se inhibe por el producto final, que actúa como inhibidor alostérico (ej. el ATP inhibe la PFK).
¿qué efecto tiene la inhibición por realimentación en una ruta metabólica?
hace que la ruta deje de producir su producto final cuando su concentración alcanza un nivel óptimo, como un termostato.
¿por qué la quimioterapia causa pérdida de cabello y náuseas?
porque los medicamentos anticancerosos interfieren con enzimas para copiar ADN, afectando también células de división rápida como las de los folículos capilares y el recubrimiento digestivo.
¿a qué pH funcionan mejor la mayoría de las enzimas humanas?
alrededor de 7.4, el pH de la sangre, fluido intersticial y citosol.
¿cómo afecta la temperatura a la actividad enzimática?
temperaturas bajas la lentifican y temperaturas moderadamente altas la aceleran; la actividad máxima de la mayoría de las enzimas humanas ocurre a ~37 °C.
¿qué le ocurre a una enzima cuando las condiciones se salen de su rango óptimo?
se desnaturaliza: pierde su estructura tridimensional exacta y deja de funcionar correctamente.