Energía y Metabolismo Celular

Introducción a la Energía

La energía es la capacidad para realizar trabajo. No es una sustancia material, sino una propiedad que puede almacenarse en diversas formas. Es esencial para la vida, permitiendo procesos como la fotosíntesis en vegetales y funciones vitales en otros organismos.

Tipos de Energía

• Energía Potencial: Energía almacenada debido a la posición o configuración de un objeto. Realiza trabajo debido a su organización o localización.
• Energía Cinética: Energía en acción, relacionada con el movimiento. Se utiliza para realizar trabajo.
• Energía Química: Almacenada en los enlaces químicos de los compuestos y liberada a través de reacciones químicas.
• Energía Nuclear: Contenida en los núcleos atómicos, liberada mediante fisión o fusión nuclear.
• Energía Eléctrica: Resultado del flujo de electrones.
• Energía Mecánica: Asociada al movimiento de la materia.
• Energía Radiante: Presente en la radiación electromagnética.
• Energía de Masa: Asociada a la masa de un objeto (E=mc²).

La energía potencial y cinética son interconvertibles. La energía potencial liberada se transforma en cinética, y viceversa.

¿Por qué necesitamos energía?

La energía es fundamental para:

• Sintetizar moléculas complejas a partir de moléculas simples (crecimiento).
• División celular y reproducción.
• Transporte activo de sustancias en las células.
• Realizar trabajo mecánico (ej. contracción muscular).
• Mantener la temperatura corporal (mamíferos y aves).

Ejemplos del Uso de Energía

• Procariontes: Movimiento flagelar.
• Protistas: Movimiento ameboide, ciliar y flagelar.
• Hongos: Descarga de esporas.
• Animales: Contracción muscular.
• Plantas: Translocación de azúcares.

Termodinámica

La termodinámica estudia la transferencia de calor, la conversión de energía y la capacidad de los sistemas para producir trabajo. Sus leyes explican el comportamiento de sistemas macroscópicos en equilibrio.

Leyes de la Termodinámica

1. Ley Cero: Define el equilibrio térmico.
2. Primera Ley: Conservación de la energía. La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. En cualquier proceso, se libera calor.
3. Segunda Ley: Entropía. La energía se libera en forma de calor, aumentando el desorden del sistema.
4. Tercera Ley: Alcanzar el cero absoluto detiene cualquier sistema físico, donde la entropía alcanza su valor mínimo.

Reacciones

• Exotérmicas: Liberan calor (H > 0). Los productos tienen menor energía potencial que los reactivos.
• Endotérmicas: Absorben calor (H < 0). Los productos tienen mayor energía potencial que los reactivos.

Entalpía (H)

Cantidad de energía contenida en una sustancia. La variación de entalpía (ΔH) indica la energía absorbida o liberada por un sistema.

Entropía (S)

Medida del desorden de un sistema. S > 0 indica aumento de entropía; S < 0 indica disminución.

Energía Libre de Gibbs (G)

Energía disponible para realizar trabajo a temperatura y presión constantes. Predice la dirección de las reacciones químicas, el equilibrio y la cantidad de trabajo realizable.

• G = 0: Equilibrio.
• G > 0: Reacción endergónica (consume energía).
• G < 0: Reacción exergónica (libera energía, espontánea).

Metabolismo

El metabolismo es la suma de todas las reacciones químicas en una célula. Es una actividad coordinada y vectorial que involucra enzimas, intercambia materia y energía con el entorno, y realiza funciones como:

• Obtener energía de los alimentos.
• Convertir nutrientes en componentes celulares.
• Ensamblar componentes en macromoléculas.
• Formar y degradar moléculas para funciones especializadas.

Anabolismo

Fase de síntesis donde se construyen macromoléculas a partir de monómeros, requiriendo energía.

Catabolismo

Fase degradativa donde las macromoléculas se descomponen, liberando energía que se almacena en ATP y NAD(P)H, utilizados en el anabolismo.

Las reacciones enzimáticas se organizan en rutas metabólicas, donde un metabolito se convierte en un producto a través de intermediarios.

ATP: La molécula de ATP (adenosín trifosfato) es la moneda energética universal. Permite realizar actividades celulares gracias a su pequeño tamaño, solubilidad y fácil hidrólisis. La respiración celular, una serie de reacciones enzimáticas, libera energía de moléculas como la glucosa, transfiriéndola al ATP. En eucariontes, la respiración celular aeróbica ocurre en las mitocondrias.