Energía y la Célula

Importancia de la energía

• Todos los seres vivos necesitan energía

porque los procesos biológicos implican la

realización de trabajo. Las células que

forman los seres vivientes usan la energía forman los seres vivientes usan la energía

para los procesos de crecimiento,

mantenimiento y reproducción. El sol es

la fuente primordial de casi toda la energía

que sostiene la vida.

Importancia de la energía cont.

• Los organismos fotosintéticos capturan una diminuta porción de la energía solar en le proceso de fotosíntesis y la convierten en energía química disponible para su utilización por ellos y otros para su utilización por ellos y otros organismos. La energía se transfiere a organismos animales cuando éstos se alimentan de los organismos fotosintéticos y sus partes, haciendo de esta forma que la energía fluya de un ser vivo a otro.

Bioenergética

• La bioenergética es el área de la biología

que estudia los procesos energéticos en

los seres vivos. Las células obtienen

energía de muchas maneras, pero rara energía de muchas maneras, pero rara

vez esa energía puede emplearse

directamente para activar procesos

celulares. Por eso las células tienen

mecanismos metabólicos que convierten

la energía de una forma a otra.

Bioenergética cont.

• Como la mayor parte de los componentes

de estos sistemas de conversión de

energía surgieron muy temprano en la

evolución de los seres vivos, muchos evolución de los seres vivos, muchos

aspectos fundamentales del metabolismo

energético tienden a ser muy similares en

una amplia variedad de organismos. La

energía en la célula puede ser convertida

en forma mecánica, química y eléctrica.

Conceptos sobre energía

• Energía cinética: es la energía relacionada al movimiento.

• Energía potencial: energía almacenada y disponible para hacer trabajo.

• Primera ley de termodinámica: la energía no • Primera ley de termodinámica: la energía no se crea ni se destruye aunque puede cambiarse de una forma a otra.

• Segunda ley de termodinámica: ninguna transferencia de energía es 100% eficiente, siempre hay una pérdida de energía en forma de calor al medio ambiente.

Conceptos sobre energía cont.

• Entropía: es una medida que indica el grado de

desorden en un sistema; la energía organizada

y utilizable tiene baja entropía, mientras que las

formas desorganizadas como el calor, tienen

entropía alta.entropía alta.

• Entalpía: se refiere a la cantidad total de

energía en los enlaces de la materia, a menudo

se denomina como el contenido de calor del

sistema.

Metabolismo

• Es el conjunto de reacciones químicas que permiten a un organismo llevar a cabo sus actividades. Anabolismo se refiere a las diversas vías metabólicas en las cuales se sintetizan moléculas complejas cuales se sintetizan moléculas complejas a partir de otras más sencillas con una inversión o gasto de energía. Catabolismo se refiere a degradar moléculas grandes en otras más pequeñas liberando energía.

Metabolismo cont.

• Los procesos celulares de anabolismo y

catabolismo ocurren de manera acoplada;

de forma tal que la energía que se libera

en el catabolismo, es usada en reacciones en el catabolismo, es usada en reacciones

anabólicas.

Representación de la molécula de ATP

Representación de la molécula de ATP

Oxidación y Reducción (redox)

• Las células transfieren energía mediante la transferencia de un grupo fosfato del ATP. Otra forma de transferir energía es transfiriendo electrones. La oxidación es el proceso químico por el cual una el proceso químico por el cual una sustancia pierde electrones, mientras la reducción es el proceso complementario en el que otra sustancia gana electrones. La sustancia que pierde electrones dona energía, la que los gana adquiere energía.

Oxidación y Reducción (redox)

cont.

• Las reacciones redox a menudo ocurren

en serie cuando se transfieren electrones

de una molécula a otra. Estas

transferencias electrónicas, equivalentes a transferencias electrónicas, equivalentes a

las de energía, son parte esencial de la

respiración celular, la fotosíntesis y otras

reacciones químicas. Permiten liberar la

energía almacenada en las moléculas de

alimento para sintetizar ATP.

Oxidación y Reducción (redox)

cont.

• Las reacciones redox biológicas suelen implicar la transferencia de un átomo de hidrógeno en lugar de un solo electrón. Cuando un electrón (o átomo de hidrógeno) se extrae de un compuesto hidrógeno) se extrae de un compuesto orgánico, lleva consigo parte de la energía almacenada en el enlace del que era parte. Un electrón pierde energía de manera progresiva cuando se transfiere de un aceptor a otro.

Oxidación y Reducción (redox)

cont.

• Una de las moléculas aceptoras de hidrógeno más comunes es el dinucleótido de nicotinamida-adenina (NAD+) cuya fórmula reducida es (NADH).

• Otros aceptores de hidrógeno o de electrones son el fosfato de dinucleótido de nicotina-adenina (NADP+) y el dinucleótido de flavina-adenina (FAD) y los citocromos.

Actividad Enzimática

• Las células regulan las reacciones

químicas con enzímas, que son

catalizadores proteínicos (y en algunos

casos RNA) que modifican (aceleran) la casos RNA) que modifican (aceleran) la

velocidad de las reacciones químicas sin

consumirse en éstas. Las enzímas

reducen la energía necesaria para que

una reacción química se inicie.

Actividad Enzimática cont.

• Una reacción no acelerada por enzímas depende de que los choques entre los reactivos ocurran al azar. Debido a su estructura ordenada, una enzima es capaz de reducir la dependencia de procesos de reducir la dependencia de procesos aleatorios y por lo tanto controlar la reacción. Se cree que las enzímas logran esto al formar un complejo intermedio inestable con el sustrato (sustancia sobre la que operan).

Actividad Enzimática cont.

• Cuando el complejo enzima-sustrato (o complejo ES) se descompone, se libera el producto; la molécula de enzima original se regenera y está lista para formar un nuevo complejo ES.nuevo complejo ES.

• Enzima + Sustrato→Complejo ES

• Complejo ES→Enzima + Producto (s)

• La mayor parte de las enzímas son específicas.

Cofactores

• Algunas enzímas no pueden realizar el

trabajo por si solas y requieren que otra

sustancia se una a la molécula de

proteína para que esta funcione como proteína para que esta funcione como

enzima. En estos casos la parte proteica

se denomina apoenzima y el otro

componente se conoce como cofactor.

El cofactor puede ser una molécula

orgánica o inorgánica.

Cofactores cont.

• Algunas enzímas requieren como cofactor

un ión metálico específico. Dos

cofactores inorgánicos comunes son los

iones magnesio (Mg++ ) y calcio (Ca++ ). iones magnesio (Mg++ ) y calcio (Ca++ ).

La mayor parte de los oligoelementos (Fe,

Zn, Cu, Mn) funcionan como cofactores.

Coenzimas

• Un compuesto orgánico no polipeptídico

que se une a la apoenzima y sirve como

cofactor se denomina coenzima. Casi

todas las coenzímas son moléculas de todas las coenzímas son moléculas de

transferencia (agentes que transfieren

electrones o parte de algún sustrato de

una molécula a otra).

Coenzimas cont.

• NADH, NADPH y FADH2 son coenzímas

de transferencia de electrones. La mayor

parte de las vitaminas (compuestos

orgánicos que los organismos requieren orgánicos que los organismos requieren

en pequeñas cantidades pero no pueden

sintetizar por sí mismos) son coenzímas o

componentes de coenzímas.

Energía de activación

• Al igual que todos los catalizadores, las

enzímas modifican la velocidad de una

reacción al disminuir la energía necesaria

para iniciarla. Si las moléculas necesitan para iniciarla. Si las moléculas necesitan

menos energía para reaccionar, una

proporción mayor de reactivos reaccionará

en cualquier momento dado. En

consecuencia, la reacción procede con

mayor rapidez.

Factores que Determinan la

actividad enzimática• Temperatura: La mayoría de la enzímas tiene una temperatura óptima, a la cuál la velocidad de reacción es mayor. En el caso de las enzímas humanas, su temperatura óptima es cercana a la temperatura óptima es cercana a la temperatura corporal de (35-40ºC). Dentro de ciertos límites, las enzímas aumentan su efectividad con la temperatura. A temperaturas muy altas, las enzímas se desnaturalizan.

Factores que Determinan la

actividad enzimática cont.• pH: La mayor parte de las enzímas son

activas solamente en una reducida

porción de la escala de pH. El pH óptimo

para la mayoría de las enzímas va de 6 a para la mayoría de las enzímas va de 6 a

8. La pepsina, enzima de la digestión de

las proteínas, funciona mejor a un pH de

2, mientras que la tripsina, enzima

desdobladora de proteínas, secretada por

el páncreas, funciona mejor a pH de 8.

Factores que Determinan la

actividad enzimática cont.• Concentración de iones: La

concentación de iones afecta de forma

similar al pH, cada enzima tiene una

concentración de iones óptima para su concentración de iones óptima para su

funcionamiento.

Factores que Determinan la

actividad enzimática cont.• Concentración de enzima y sustrato: Si el pH y la temperatura se mantienen constantes, la concentración de enzima o sustrato pueden influir en la velocidad de reacción. Cuando hay exceso de sustrato, reacción. Cuando hay exceso de sustrato, la concentración de enzima es el factor limitante de la velocidad y así sucesivamente. La velocidad inicial de la reación es directamente proporcional a la concentración de enzima presente.