Unidad 2: El flujo de energía en la vida de una célula

¿Qué es energía?

Energía es la capacidad para efectuar trabajo. La energía cinética es la energía de movimiento (luz, calor, electricidad, movimiento de partículas grandes). La energía potencial es energía almacenada (energía química, energía de posición). El flujo de energía entre átomos y moléculas obedece a las leyes de la termodinámica. La primera ley de la termodinámica afirma que, si no hay un aporte de energía, la cantidad total de energía permanece constante, aunque puede cambiar de forma. La segunda ley de la termodinámica dice que cualquier uso de energía reduce la cantidad de energía concentrada, útil, y aumenta la aleatoriedad y el desorden de la materia. La entropía es una medida del desorden dentro de un sistema.

¿Cómo fluye la energía en las reacciones químicas?

Las reacciones químicas pertenecen dos categorías. En las reacciones exergónicas, las moléculas de los productos tienen menos energía que las de los reactivos, por lo que la reacción requiere un aporte de energía. Las reacciones exergónicas pueden efectuarse espontáneamente, pero todas las reacciones, incluso  las exergónicas requieren un aporte inicial de energía (la energía de activación) para superar las repulsiones eléctricas entre las moléculas de los reactivos. Las reacciones exergónicas y endergónicas se pueden acoplar de modo que la energía liberada por una reacción exergónica impulse a la reacción endergónica. Los organismos acoplan reacciones exergónicas, como la captura de energía luminosa o el metabolismo del azúcar, con reacciones endergónicas, como la síntesis de moléculas orgánicas.

¿Cómo se transporta energía celular entre reacciones acopladas?

La energía liberada por las reacciones químicas dentro de las células se captura y transporta mediante moléculas portadoras de energía, como el ATP y los portadores de electrones. Estas moléculas constituyen el principal mecanismo por el cual las células acoplan las reacciones exergónicas y endergónicas que se llevan a cabo en diferentes puntos de la célula.

¿Cómo controlan las células sus reacciones metabólicas?

Las reacciones celulares se encadenan en secuencias interconectadas llamadas  vías metabólicas. La bioquímica de las células se regula de tres maneras: primera, empleando catalizadores proteicos llamados enzimas; segunda, acoplando reacciones exergónicas y endergónicas; y tercera, utilizando moléculas portadoras de energía que transfieren energía dentro de las células.

La energía de activación elevada hace que muchas reacciones, incluso las exergónicas, se lleven a cabo a un ritmo imperceptible en condiciones ambientales normales. Los catalizadores abaten la energía de activación y así aceleran las reacciones químicas sin sufrir ellos mismos cambios permanentes. Los organismos sintetizan catalizadores proteicos llamados enzimas que promueven una o varias reacciones específicas. Los reactivos se unen temporalmente al sitio activo de la enzima y asi facilitan la formación de los nuevos enlaces químicos de los productos. La acción enzimática se regula de muchas maneras, entre ellas: (1) alterando la velocidad de síntesis de enzimas, (2) activando enzimas previamente inactivas, (3) con inhibición por retroalimentación, (4) con regulación alostérica y (5) con inhibición competitiva. Las condiciones del medio, como pH, concentración de sal y temperatura, pueden promover o inhibir la función enzimática al alterar su estructura tridimensional.

Audesirk, T., Audesirk, G. & Byers, B. (2003). La vida de una célula. Pearson Prentice Hall: México