Bioenergética Celular: El Flujo de Energía en los Sistemas Vivos

La Energía en los Sistemas Biológicos

• Todas las células utilizan la energía para crecer, fabricar nuevas partes y reproducirse.
• Las plantas utilizan la energía del Sol y con ella forman moléculas orgánicas como glucosa a partir de CO2 y de agua. Los enlaces contenidos en esas moléculas orgánicas almacenan energía.
• Los animales no pueden captar la energía del Sol; por ello, obtienen la energía de las biomoléculas que ingieren de plantas u otros animales.
• Si los animales o las plantas ingieren más energía de la que se necesita para su consumo inmediato, la almacenan en forma de polisacáridos. Por ejemplo, el glucógeno en los animales y el almidón en los vegetales. Los polisacáridos están compuestos de unidades de glucosa. Además, los vegetales también almacenan lípidos como reserva principal.
• La energía es obtenida, almacenada y utilizada por los organismos vivos para realizar trabajo. Este trabajo puede ser químico, de transporte o mecánico.

• Trabajo químico: Formación y rotura de enlaces químicos. (Ejemplo: formación de una proteína para coagular una herida)
• Trabajo de transporte: Permite a las células movilizar moléculas para crear diferencias de concentración. (Ejemplo: si hay más cantidad de calcio en el retículo sarcoplásmico y menos en el citosol, se produce una contracción muscular)
• Trabajo mecánico: Se utiliza para producir un movimiento. (Ejemplo: contracción muscular o el movimiento de un flagelo)
• La energía puede ser potencial cuando se almacena en enlaces químicos y esta se transforma en cinética cuando se realiza un trabajo.
• La transformación de energía potencial en cinética nunca es del 100% en los organismos vivos, ya que, por ejemplo, aproximadamente el 70% de la energía utilizada durante el ejercicio físico se disipa como calor en lugar de transformarse en trabajo de contracción muscular.
• El cuerpo humano es un sistema abierto que intercambia materia y energía con el entorno, y obtiene esta energía a partir de las biomoléculas que ingiere.

Reacciones Químicas

Una reacción comienza con una o más moléculas llamadas reactivos y finaliza con una o más moléculas llamadas productos.

• La energía almacenada en los enlaces químicos de una molécula se denomina energía libre. Generalmente, las moléculas complejas tienen más energía libre. Por ejemplo, una molécula de glucógeno tiene más energía libre que una de glucosa, y a su vez, la glucosa tiene más energía que el CO2 y el H2O.
• La energía necesaria para iniciar una reacción se conoce como energía de activación.

Reacción Exergónica

Una reacción exergónica libera energía y en ella la energía libre de los productos es menor que la de los reactivos.

Reacciones Endergónicas

Son las reacciones que necesitan un aporte de energía. En ellas los productos tienen más energía libre que los reactivos.

¿De Dónde Procede la Energía de Activación para las Reacciones Metabólicas?

La manera más sencilla es el acoplamiento de una reacción exergónica con una endergónica, interviniendo el ATP en este acoplamiento. La mayoría de las reacciones biológicas son reversibles, es decir, que pueden ocurrir en ambos sentidos. Una reacción irreversible, por otro lado, se da en un solo sentido.

Las Enzimas

Son proteínas y aceleran la velocidad de las reacciones químicas sin modificarse, por lo que se les considera catalizadores biológicos. Sin las enzimas, la mayoría de las reacciones químicas serían tan lentas que la célula no podría vivir.

En las reacciones catalizadas por enzimas, a los reactivos se les llama sustratos. Las enzimas suelen ser específicas para un sustrato o para una reacción específica, y actúan a una temperatura y un pH determinados.

Algunas enzimas se sintetizan como moléculas inactivas y necesitan ser activadas. Para activarse se necesita la presencia de un cofactor que puede ser un ion metálico, como el hierro, o una molécula orgánica, como una vitamina del grupo B.