Energía Celular y Metabolismo: Claves y Procesos
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Energía Celular
Los sistemas físicos del universo se rigen por las leyes de la termodinámica, que siempre tienden hacia situaciones de mayor desorden.
La energía que las células toman de su entorno se aprovecha para realizar sus funciones vitales, devolviendo cantidades equivalentes mediante calor u otras formas de energía que contribuyen al aumento de desorden del universo.
Energía Libre
Es la forma de energía útil capaz de realizar un trabajo en condiciones constantes de presión y temperatura.
ΔG = ΔH - T·ΔS
Donde:
- ΔG = energía libre
- S = entropía (grado de desorden)
- ΔH = entalpía
Esta expresión indica la cantidad de energía útil que el sistema (la célula) intercambia con el medio.
- -ΔG < 0 → reacción espontánea, energéticamente favorable. Los productos de la reacción contienen menos energía que los reactivos. Se denominan exergónicas.
- -ΔG > 0 → reacción no espontánea, energéticamente desfavorable. Los productos tienen más energía que los reactivos. Es una reacción endergónica.
- -ΔG = 0 → sistema en equilibrio. La reacción transcurre en ambos sentidos. No se absorbe ni se desprende energía, no se realiza trabajo.
Acoplamiento Energético entre Reacciones Endergónicas y Exergónicas
Esta propiedad consiste en que la energía desprendida en una reacción exergónica, termodinámicamente favorable, puede aprovecharse para que ocurran otras reacciones que en el mismo sentido son enérgicamente desfavorables.
La energía necesaria para que se lleve a cabo la obtiene la célula de otra reacción exergónica, que es la hidrólisis del ATP.
En general, por cada reacción endergónica que se produce en la célula, existe otra exergónica que le sirve de fuente de energía.
El adenosín trifosfato (ATP) almacena grandes cantidades de energía durante muy poco tiempo, ya que no puede acumularse.
El proceso que implica la transferencia de un grupo fosfato del ATP a otro compuesto se denomina desfosforilación.
Metabolismo Celular: Consideraciones Generales
Una ruta o vía metabólica es un proceso formado por una cadena de reacciones enzimáticas sucesivas. Cada una de las sustancias que interviene es un metabolito.
El catabolismo es el metabolismo de degradación oxidativa de moléculas y produce energía.
El anabolismo es el metabolismo de síntesis de moléculas, requiere energía y es posible gracias al catabolismo.
El anfibolismo se aplica a procesos metabólicos en los que se oxidan metabolitos y se almacena gran cantidad de energía, que después se utilizará en el anabolismo.
En los procesos anabólicos (fuertemente endergónicos) la energía necesaria no puede proceder en último término del propio ser vivo, sino que su fuente de energía procede del medio.
En los procesos catabólicos y anfibólicos se desprende energía libre.
Moléculas que Intervienen en el Metabolismo
- Metabolitos: moléculas que ingresan en las diferentes rutas del metabolismo. Pueden proceder del catabolismo o del metabolismo. El más importante es la glucosa.
- Nucleótidos: funcionan como metabolitos. Son moléculas (como el NAD+, NADP+, FAD…) que posibilitan la oxidación o la reducción de los metabolitos.
- Moléculas con enlaces ricos en energía: como GTP, el ATP y la coenzima A (también puede actuar como metabolito) sirven de almacén y actúan como proveedores de energía según sean las necesidades.
- Moléculas extremas ambientales: como el oxígeno, agua y dióxido de carbono (también son metabolitos).
Rendimiento y Balance Energético del Metabolismo
La célula obtiene energía a partir de la degradación oxidativa.
La energía química es la única que puede aprovechar el ser vivo, y este aprovechamiento puede realizarlo directamente mediante el acoplamiento energético o almacenando la energía en forma de enlaces ricos en energía.
Un parámetro que permite medir la cantidad de energía intercambiada es el balance energético. Si la ruta es estrictamente anabólica, el balance será negativo; si es catabólica, positivo.