El pH y su Impacto en las Reacciones Químicas
Un desequilibrio en el H2O (agua) puede generar reactividad y cambios en el pH. El pH, que representa la concentración de protones en una solución, influye directamente en las reacciones químicas, especialmente en las enzimas, que son proteínas. Las estructuras primarias, secundarias, terciarias y cuaternarias de las proteínas se desestabilizan con cambios en el pH. Un aumento de protones indica una solución ácida, mientras que una disminución indica una solución alcalina.
La Membrana Plasmática y el Transporte Celular
La membrana plasmática, compuesta principalmente por una bicapa lipídica de fosfolípidos, delimita el medio acuoso intracelular del extracelular y regula el paso de partículas. Los fosfolípidos, insolubles en agua, proporcionan impermeabilidad y estabilidad a la membrana. Las proteínas de membrana, con su capacidad de movimiento, son responsables de los procesos de transporte.
Tipos de Transporte a Través de la Membrana
Transporte Pasivo
El transporte pasivo no requiere gasto de energía y ocurre a favor del gradiente de concentración, es decir, de donde hay más a donde hay menos soluto.
Difusión Simple
Las moléculas no polares, como el colesterol y el O2, atraviesan la membrana directamente debido a su tamaño pequeño o naturaleza lipídica.
Difusión Facilitada
Las moléculas polares o de mayor tamaño requieren proteínas transportadoras (carriers) para cruzar la membrana. Existen tres tipos de carriers:
- Uniporte: Transporta una sustancia en una sola dirección.
- Antiporte: Intercambia una sustancia por otra en direcciones opuestas (ej. glucosa).
- Simporte: Transporta dos sustancias en la misma dirección.
Canales Iónicos
Los canales iónicos son poros en la membrana que permiten el paso de iones (átomos cargados). Pueden ser:
- Regulados por voltaje: Se abren o cierran en respuesta a cambios en el potencial eléctrico de la membrana.
- Regulados por ligandos: Se abren en presencia de una molécula específica (ej. insulina).
- Regulados mecánicamente: Se abren en respuesta a estímulos mecánicos (ej. oído).
Transporte Activo
El transporte activo requiere energía (ATP) para mover sustancias en contra del gradiente de concentración. Un ejemplo es la bomba sodio-potasio ATPasa, que mantiene la estabilidad osmótica y el equilibrio de voltaje.
Transporte en Masa
La endocitosis y la exocitosis permiten el transporte de moléculas grandes que no pueden atravesar las proteínas de membrana. La transcitosis implica la entrada por un lado de la célula y la salida por el otro.
Importancia del Transporte Celular
El transporte celular es esencial para:
- Entrada de nutrientes (energía y materiales de construcción).
- Cambios de polaridad de la membrana.
- Regulación por señales químicas.
- Salida de productos del metabolismo.
Metabolismo: Anabolismo y Catabolismo
El anabolismo construye moléculas complejas a partir de simples, mientras que el catabolismo descompone moléculas complejas en simples. Ambos procesos están mediados por enzimas, que facilitan las reacciones químicas.
Intermediarios Metabólicos
Los intermediarios metabólicos son moléculas reciclables que transportan energía en forma de enlaces químicos. Un ejemplo clave es el ATP (adenosín trifosfato), que libera energía al romperse en ADP (adenosín difosfato).
Poder Reductor
El poder reductor se refiere a la capacidad de una molécula para donar electrones a otra. La molécula que recibe electrones se reduce, mientras que la que los dona se oxida. El NAD (nicotinamida adenina dinucleótido) y el FAD (flavina adenina dinucleótido) son intermediarios metabólicos que transportan electrones.
Vías Metabólicas que Aportan Energía (ATP)
Sistema ATP-PC (Anaeróbico Aláctico)
El sistema ATP-PC proporciona energía rápida sin necesidad de oxígeno. Utiliza las reservas de ATP y fosfocreatina (PC) en el músculo. La enzima creatina fosfoquinasa transfiere un grupo fosfato de la PC al ADP para formar ATP.
Glucólisis Rápida (Anaeróbica Láctica)
La glucólisis descompone la glucosa en dos moléculas de piruvato, generando ATP y NADH. Consta de 10 pasos que involucran la fosforilación, isomerización y oxidación de la glucosa.
Ciclo de Krebs (Aeróbico)
El ciclo de Krebs oxida el acetil-CoA (derivado del piruvato) para producir CO2, ATP, NADH y FADH2. Es una vía central del metabolismo que conecta el catabolismo de carbohidratos, grasas y proteínas.
Cadena de Transporte de Electrones (Fosforilación Oxidativa)
La cadena de transporte de electrones, ubicada en la membrana interna mitocondrial, utiliza el NADH y FADH2 para generar un gradiente de protones que impulsa la síntesis de ATP. El oxígeno es el aceptor final de electrones, formando agua.
Metabolismo de Carbohidratos
Glucogenogénesis
La glucogenogénesis es la síntesis de glucógeno, la forma de almacenamiento de glucosa en el hígado y los músculos. La insulina estimula este proceso.
Glucogenólisis
La glucogenólisis es la degradación del glucógeno para liberar glucosa en la sangre. El glucagón y el cortisol estimulan este proceso.
Gluconeogénesis
La gluconeogénesis es la síntesis de glucosa a partir de precursores no carbohidratos, como el glicerol y algunos aminoácidos. Ocurre principalmente en el hígado.
Ciclo de la Urea
El ciclo de la urea convierte el amoníaco tóxico, producto del metabolismo de aminoácidos, en urea, que se excreta en la orina.
Transformación del Piruvato en Acetil-CoA
El piruvato se convierte en acetil-CoA mediante la enzima piruvato deshidrogenasa, liberando CO2 y NADH. El acetil-CoA entra al ciclo de Krebs para su oxidación completa.
Adaptaciones al Entrenamiento
El entrenamiento físico aumenta la cantidad de mitocondrias y proteínas de la cadena de transporte de electrones, mejorando la capacidad de generar ATP de forma aeróbica.