Fundamentos de Biología Celular: Energía, Metabolismo y Enzimas

La Célula como Sistema Biológico Fundamental

Organización y Funciones Celulares

Todos los seres vivos estamos constituidos por células, las cuales, si las miramos con detención, se observa que se organizan como sistemas. Las células son unidades complejas, formadas por múltiples estructuras (orgánulos celulares), y cada una de estas estructuras cumple una función determinada.
Gracias a las funciones específicas de los orgánulos, la célula crece, cambia de tamaño o puede sufrir el proceso de reproducción.

Intercambio con el Medio: Un Sistema Abierto

En conclusión, la célula puede realizar todas sus funciones porque es un sistema abierto; es decir, establece con el medio que la rodea un continuo intercambio de materia y energía, incorporando nutrientes y eliminando desechos. Sin este intercambio, la célula no podría llevar a cabo sus funciones vitales y moriría.

Energía y Reacciones Químicas en la Célula

El Concepto de Energía y Energía Química

La energía es una magnitud que se necesita para realizar cualquier tipo de trabajo.
La energía química es la energía potencial que está almacenada en los enlaces de los átomos de las moléculas. Cuando una reacción química sucede, también ocurre una transferencia de la energía química entre las moléculas que participan en la reacción.

Tipos de Reacciones Metabólicas

Reacciones Exergónicas

Las reacciones exergónicas son aquellas en las que, durante la transformación química, se libera una gran cantidad de energía, generalmente en forma de luz y calor.

Reacciones Endergónicas

En cambio, las reacciones endergónicas son aquellas en las que, al producirse una reacción, se absorbe más energía de la que se libera.

Metabolismo Celular: Procesos Esenciales

Definiciones Clave del Metabolismo

• Metabolismo celular: Es el conjunto de todas las reacciones químicas que se producen dentro de una célula.
• Tasa metabólica: Es la velocidad con que la materia y la energía se transforman en las reacciones químicas propias del metabolismo celular.
• Índice metabólico basal: Es la medición de la tasa metabólica en un individuo que se encuentra en reposo y en ayunas; se mide en kcal por día.
• Anabolismo (endergónico): Es el conjunto de todas las reacciones de síntesis que suceden dentro de la célula.
• Catabolismo (exergónico): Es el conjunto de reacciones de degradación que se producen dentro de la célula.

ATP: La Moneda Energética Celular

El ATP (Trifosfato de Adenosina) es la molécula encargada de almacenar la energía que producen las reacciones catabólicas y que se utiliza para las reacciones de síntesis. El ATP es un nucleótido compuesto por una base nitrogenada (la adenina), un azúcar de tipo pentosa (la ribosa) y tres grupos fosfato.

Enzimas: Catalizadores Biológicos

Especificidad Enzimática y el Complejo Enzima-Sustrato

Las enzimas son moléculas específicas; es decir, cada una puede participar solamente en un tipo de reacción química, porque cada enzima puede unirse a un determinado sustrato. Se proponen dos modelos específicos y, en ambos, la enzima se une al sustrato formando el complejo enzima-sustrato. Luego de la transformación química, el complejo se fragmenta y da lugar al producto y a la enzima, la cual se regenera para futuras reacciones.

Modelos de Acción Enzimática

Modelo Llave-Cerradura

En este modelo se postula que una región específica de la enzima encaja perfectamente en el sustrato. A esta región, donde la enzima reconoce perfectamente a su sustrato, se la denomina sitio activo.

Modelo de Encaje Inducido

Este modelo propone que las enzimas son moléculas flexibles y que el sitio activo puede cambiar su conformación cuando interactúa con el sustrato. Así, la enzima se adapta o moldea al sustrato para poder cumplir su función.

Función de las Enzimas en las Reacciones Químicas

Para que ocurran las reacciones químicas, se produce la ruptura y formación de enlaces químicos, resultantes de los choques entre las moléculas. A veces, la temperatura y la concentración de las sustancias son demasiado bajas para que se produzcan esas reacciones, y allí entran en acción las enzimas, que funcionan como catalizadores que disminuyen la energía de activación necesaria para la reacción, sin modificar la energía de los reactivos o los productos finales.