energía y la célula · importancia de la energía cont. • los organismos fotosintéticos...
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Energía y la Célula
Importancia de la energía
• Todos los seres vivos necesitan energía
porque los procesos biológicos implican la
realización de trabajo. Las células que
forman los seres vivientes usan la energía forman los seres vivientes usan la energía
para los procesos de crecimiento,
mantenimiento y reproducción. El sol es
la fuente primordial de casi toda la energía
que sostiene la vida.
Importancia de la energía cont.
• Los organismos fotosintéticos capturan una diminuta porción de la energía solar en le proceso de fotosíntesis y la convierten en energía química disponible para su utilización por ellos y otros para su utilización por ellos y otros organismos. La energía se transfiere a organismos animales cuando éstos se alimentan de los organismos fotosintéticos y sus partes, haciendo de esta forma que la energía fluya de un ser vivo a otro.
Bioenergética
• La bioenergética es el área de la biología
que estudia los procesos energéticos en
los seres vivos. Las células obtienen
energía de muchas maneras, pero rara energía de muchas maneras, pero rara
vez esa energía puede emplearse
directamente para activar procesos
celulares. Por eso las células tienen
mecanismos metabólicos que convierten
la energía de una forma a otra.
Bioenergética cont.
• Como la mayor parte de los componentes
de estos sistemas de conversión de
energía surgieron muy temprano en la
evolución de los seres vivos, muchos evolución de los seres vivos, muchos
aspectos fundamentales del metabolismo
energético tienden a ser muy similares en
una amplia variedad de organismos. La
energía en la célula puede ser convertida
en forma mecánica, química y eléctrica.
Conceptos sobre energía
• Energía cinética: es la energía relacionada al movimiento.
• Energía potencial: energía almacenada y disponible para hacer trabajo.
• Primera ley de termodinámica: la energía no • Primera ley de termodinámica: la energía no se crea ni se destruye aunque puede cambiarse de una forma a otra.
• Segunda ley de termodinámica: ninguna transferencia de energía es 100% eficiente, siempre hay una pérdida de energía en forma de calor al medio ambiente.
Conceptos sobre energía cont.
• Entropía: es una medida que indica el grado de
desorden en un sistema; la energía organizada
y utilizable tiene baja entropía, mientras que las
formas desorganizadas como el calor, tienen
entropía alta.entropía alta.
• Entalpía: se refiere a la cantidad total de
energía en los enlaces de la materia, a menudo
se denomina como el contenido de calor del
sistema.
Metabolismo
• Es el conjunto de reacciones químicas que permiten a un organismo llevar a cabo sus actividades. Anabolismo se refiere a las diversas vías metabólicas en las cuales se sintetizan moléculas complejas cuales se sintetizan moléculas complejas a partir de otras más sencillas con una inversión o gasto de energía. Catabolismo se refiere a degradar moléculas grandes en otras más pequeñas liberando energía.
Metabolismo cont.
• Los procesos celulares de anabolismo y
catabolismo ocurren de manera acoplada;
de forma tal que la energía que se libera
en el catabolismo, es usada en reacciones en el catabolismo, es usada en reacciones
anabólicas.
Representación de la molécula de ATP
Representación de la molécula de ATP
Oxidación y Reducción (redox)
• Las células transfieren energía mediante la transferencia de un grupo fosfato del ATP. Otra forma de transferir energía es transfiriendo electrones. La oxidación es el proceso químico por el cual una el proceso químico por el cual una sustancia pierde electrones, mientras la reducción es el proceso complementario en el que otra sustancia gana electrones. La sustancia que pierde electrones dona energía, la que los gana adquiere energía.
Oxidación y Reducción (redox)
cont.
• Las reacciones redox a menudo ocurren
en serie cuando se transfieren electrones
de una molécula a otra. Estas
transferencias electrónicas, equivalentes a transferencias electrónicas, equivalentes a
las de energía, son parte esencial de la
respiración celular, la fotosíntesis y otras
reacciones químicas. Permiten liberar la
energía almacenada en las moléculas de
alimento para sintetizar ATP.
Oxidación y Reducción (redox)
cont.
• Las reacciones redox biológicas suelen implicar la transferencia de un átomo de hidrógeno en lugar de un solo electrón. Cuando un electrón (o átomo de hidrógeno) se extrae de un compuesto hidrógeno) se extrae de un compuesto orgánico, lleva consigo parte de la energía almacenada en el enlace del que era parte. Un electrón pierde energía de manera progresiva cuando se transfiere de un aceptor a otro.
Oxidación y Reducción (redox)
cont.
• Una de las moléculas aceptoras de hidrógeno más comunes es el dinucleótido de nicotinamida-adenina (NAD+) cuya fórmula reducida es (NADH).
• Otros aceptores de hidrógeno o de electrones son el fosfato de dinucleótido de nicotina-adenina (NADP+) y el dinucleótido de flavina-adenina (FAD) y los citocromos.
Actividad Enzimática
• Las células regulan las reacciones
químicas con enzímas, que son
catalizadores proteínicos (y en algunos
casos RNA) que modifican (aceleran) la casos RNA) que modifican (aceleran) la
velocidad de las reacciones químicas sin
consumirse en éstas. Las enzímas
reducen la energía necesaria para que
una reacción química se inicie.
Actividad Enzimática cont.
• Una reacción no acelerada por enzímas depende de que los choques entre los reactivos ocurran al azar. Debido a su estructura ordenada, una enzima es capaz de reducir la dependencia de procesos de reducir la dependencia de procesos aleatorios y por lo tanto controlar la reacción. Se cree que las enzímas logran esto al formar un complejo intermedio inestable con el sustrato (sustancia sobre la que operan).
Actividad Enzimática cont.
• Cuando el complejo enzima-sustrato (o complejo ES) se descompone, se libera el producto; la molécula de enzima original se regenera y está lista para formar un nuevo complejo ES.nuevo complejo ES.
• Enzima + Sustrato→Complejo ES
• Complejo ES→Enzima + Producto (s)
• La mayor parte de las enzímas son específicas.
Cofactores
• Algunas enzímas no pueden realizar el
trabajo por si solas y requieren que otra
sustancia se una a la molécula de
proteína para que esta funcione como proteína para que esta funcione como
enzima. En estos casos la parte proteica
se denomina apoenzima y el otro
componente se conoce como cofactor.
El cofactor puede ser una molécula
orgánica o inorgánica.
Cofactores cont.
• Algunas enzímas requieren como cofactor
un ión metálico específico. Dos
cofactores inorgánicos comunes son los
iones magnesio (Mg++ ) y calcio (Ca++ ). iones magnesio (Mg++ ) y calcio (Ca++ ).
La mayor parte de los oligoelementos (Fe,
Zn, Cu, Mn) funcionan como cofactores.
Coenzimas
• Un compuesto orgánico no polipeptídico
que se une a la apoenzima y sirve como
cofactor se denomina coenzima. Casi
todas las coenzímas son moléculas de todas las coenzímas son moléculas de
transferencia (agentes que transfieren
electrones o parte de algún sustrato de
una molécula a otra).
Coenzimas cont.
• NADH, NADPH y FADH2 son coenzímas
de transferencia de electrones. La mayor
parte de las vitaminas (compuestos
orgánicos que los organismos requieren orgánicos que los organismos requieren
en pequeñas cantidades pero no pueden
sintetizar por sí mismos) son coenzímas o
componentes de coenzímas.
Energía de activación
• Al igual que todos los catalizadores, las
enzímas modifican la velocidad de una
reacción al disminuir la energía necesaria
para iniciarla. Si las moléculas necesitan para iniciarla. Si las moléculas necesitan
menos energía para reaccionar, una
proporción mayor de reactivos reaccionará
en cualquier momento dado. En
consecuencia, la reacción procede con
mayor rapidez.
Factores que Determinan la
actividad enzimática• Temperatura: La mayoría de la enzímas tiene una temperatura óptima, a la cuál la velocidad de reacción es mayor. En el caso de las enzímas humanas, su temperatura óptima es cercana a la temperatura óptima es cercana a la temperatura corporal de (35-40ºC). Dentro de ciertos límites, las enzímas aumentan su efectividad con la temperatura. A temperaturas muy altas, las enzímas se desnaturalizan.
Factores que Determinan la
actividad enzimática cont.• pH: La mayor parte de las enzímas son
activas solamente en una reducida
porción de la escala de pH. El pH óptimo
para la mayoría de las enzímas va de 6 a para la mayoría de las enzímas va de 6 a
8. La pepsina, enzima de la digestión de
las proteínas, funciona mejor a un pH de
2, mientras que la tripsina, enzima
desdobladora de proteínas, secretada por
el páncreas, funciona mejor a pH de 8.
Factores que Determinan la
actividad enzimática cont.• Concentración de iones: La
concentación de iones afecta de forma
similar al pH, cada enzima tiene una
concentración de iones óptima para su concentración de iones óptima para su
funcionamiento.
Factores que Determinan la
actividad enzimática cont.• Concentración de enzima y sustrato: Si el pH y la temperatura se mantienen constantes, la concentración de enzima o sustrato pueden influir en la velocidad de reacción. Cuando hay exceso de sustrato, reacción. Cuando hay exceso de sustrato, la concentración de enzima es el factor limitante de la velocidad y así sucesivamente. La velocidad inicial de la reación es directamente proporcional a la concentración de enzima presente.
