Energía
Definición
Energía: Capacidad de realizar un trabajo.
Tipos de Energía
– Energía potencial: Es la energía que se encuentra almacenada y se manifiesta al transformarse en otro tipo de energía. Ej.: eléctrica, gravitacional, química, gradientes.
– Energía cinética: Es la energía que tiene un cuerpo en movimiento.
Leyes de la Termodinámica
– Primera Ley de la conservación de la energía: La energía no se crea ni se destruye, se transforma.
– Segunda Ley: La energía potencial final (producto) es menor que la energía inicial (reactivos). Hay una «inevitable pérdida» (se disipa de forma calórica).
Metabolismo
– Reacción anabólica: Síntesis. Pasamos de moléculas simples a moléculas complejas. Se requiere aporte de energía (ATP) (Reacciones Endergónicas).
– Reacción catabólica: Pasamos de moléculas complejas a moléculas simples. Es un proceso de degradación, se libera energía (ATP) (Reacciones Exergónicas).
– ATP como transporte de energía: Capturar, transferir y almacenar energía libre. Moneda energética.
Enzimas
Características
– Son catalizadores biológicos. Aceleran los procesos termodinámicamente posibles. Bajan la energía de activación.
– Son en su mayoría proteínas, generalmente globulares (estructura terciaria).
– Son específicas (se unen a determinado sustrato).
– Son saturables.
– Actúan en bajas concentraciones.
– Se liberan sin ninguna modificación.
– Son reutilizables, no sufren transformaciones, luego de catalizar pueden volver a participar de una reacción química.
Reacción Enzimática
– En las reacciones anabólicas las enzimas pueden reconocer más de un sustrato específico a través de su sitio activo, catalizando la formación de un producto más complejo que los reactivos.
– Las reacciones catabólicas son catalizadas por enzimas hidrolíticas, que actúan incorporando una molécula de agua que rompe un enlace químico, obteniendo como producto moléculas más simples.
Propiedades de las Enzimas
– Sensibilidad a la temperatura: Las altas temperaturas pueden desnaturalizar a las proteínas y las bajas temperaturas no van a permitir el movimiento de las moléculas. La temperatura óptima de la enzima depende del organismo en que actúa y el medio en el que se encuentra.
– Sensibilidad al pH: los valores de pH lejanos al pH óptimo de la enzima hacen que la actividad enzimática disminuya, además puede desnaturalizarse. El pH óptimo varía según el lugar en el cual actúe la enzima.
– A mayor concentración de sustrato, mayor será su velocidad de reacción.
Clasificación de las Enzimas
Simples: Sólo proteínas.
Conjugadas: Cuando requieren de otra sustancia no proteica.
Apoenzima: La parte proteica sola, inactiva.
Cofactores: Los componentes no proteicos. Iones inorgánicos y coenzimas.
Coenzimas: Cuando las enzimas se combinan con una molécula.
Reconocimiento del Sustrato
Catalítica: Unión entre enzima y sustrato formando el complejo enzima-sustrato. La región de la enzima que interactúa con el sustrato se llama sitio activo y donde se encuentran los aminoácidos.
Modelo llave-cerradura: Complementariedad total entre el sitio activo y el sustrato.
Inhibición Enzimática
Son moléculas que cuando se unen a la enzima van a disminuir o incluso a anular la velocidad con la que iba a ocurrir esa reacción catalizada. Esta puede ser:
– Irreversible: la enzima se va a unir covalentemente al inhibidor y como esa unión es muy fuerte no se puede romper naturalmente. La enzima deja de funcionar porque pierde la posibilidad de unirse al sustrato.
– Reversibles: cuando el inhibidor se separa de la enzima recupera su actividad normal, no hay alteración en su estructura. El inhibidor puede separarse ya que esta unión no es covalente.
– Inhibición competitiva: el inhibidor tiene una estructura muy similar a la del sustrato y va a haber una competencia entre ellos por unirse al sitio activo de la enzima. En esta competencia el que este en mayor concentración, inhibidor o sustrato, va a ser el que va a actuar. El inhibidor lo único que va a hacer es impedir que el sustrato se una a la enzima sin modificarse a él mismo ni a la enzima. Para deshacer la inhibición hay que aumentar la concentración de sustrato, para que sea este el que se una al sitio activo de la enzima. La diferencia entre las moléculas de sustrato y las del inhibidor es que las primeras se modifican en el sitio activo de las enzimas mientras que las segundas no.
– Inhibición no competitiva: el inhibidor se va a unir a la enzima pero no en el sitio activo, produciendo una modificación en esta lo que dificulta que el sustrato pueda unirse al sitio activo de la enzima. De esta forma disminuye la velocidad de síntesis de producto provoca que la reacción no alcance la Vmáx. El inhibidor también puede unirse a la enzima con el sustrato.
Regulación de Vías Metabólicas, Actividad Enzimática
Todas las enzimas tienen un sitio activo pero solo algunas poseen un sitio alostérico, al que se unen moduladores alostéricos. Los moduladores alostéricos son “sitios de control” que hacen que una enzima funcione más o menos, es una molécula que al unirse a la enzima produce un cambio conformacional en esta, dejando el sitio activo más o menos expuesto y regulando así la actividad enzimática.
La actividad enzimática puede ser modulada por cambios en el pH y temperatura, depende de las concentraciones de sustrato y producto.
– Moduladores alostéricos positivos: moléculas que al unirse al sitio activo de una enzima induce un cambio en dicha proteína que expone más al sitio activo, facilitando la unión con el sustrato, permitiendo que la enzima funcione más rápido y mejor.
– Moduladores alostéricos negativos: Oculta al sitio activo, dificultando la unión con el sustrato, induciendo a que la enzima funcione más lento y menos.
Gráfico: KM
Es la mitad de la velocidad máxima, saber la afinidad que tiene la enzima con el sustrato.
Cadena Trófica
– Los productores: son las plantas, ya que son capaces de fabricar su propio alimento a partir de sustancias muy simples y la energía del Sol.
– Los consumidores de primer orden: son los seres vivos que se alimentan de las plantas. Este lugar lo ocupan los animales herbívoros.
– Los consumidores de segundo orden: son los seres vivos que se alimentan de otros animales. Los animales carnívoros ocupan este eslabón de la cadena alimenticia.
– Los descomponedores: se alimentan de restos de otros seres vivos, los descomponen y hacen que los restos pasen a formar parte del suelo. Pertenecen a este eslabón los hongos y algunos seres microscópicos.
Fotosíntesis
Requerimientos y Productos
– Se necesita luz, CO2, H2O.
– Libera O2 y Glucosa.
Ecuación General
6 H2O (agua) + 6 CO2 (dióxido de carbono) —energía lumínica—> C6 H12 O6 (glucosa) + 6 O2 (oxígeno)
Oxidación-Reducción
– La oxidación ocurre del agua al oxígeno y la reducción del dióxido de carbono a la glucosa.
– La oxidación es un proceso químico por el cual una sustancia aumenta la proporción de oxígeno de su molécula o bien disminuye el hidrógeno, o bien pierde electrones. No ocurre aisladamente, exige la reducción de otra sustancia de forma simultánea. Por eso es más correcto hablar de procesos de Óxido-Reducción. La sustancia que se reduce disminuye el oxígeno de su molécula o bien aumenta el hidrógeno o bien gana electrones.
– Los vegetales son autótrofos, producen su propio alimento.
– Es una reacción anabólica debido a que requiere aporte de energía.
Cloroplasto
– Es la organela en la que se produce la fotosíntesis.
– 2 etapas: La fotoquímica (fotodependiente/lumínica) y la bioquímica (fotoindependiente).
Etapa Fotoquímica
– Ocurre en la membrana/tilacoides.
– Necesita captar luz solar.
– Sustratos: NADP / H2O / ADP+P.
– Productos: NADPH / O2 / ATP.
Etapa Bioquímica
– Ocurre en el estroma.
– No necesita luz pero depende de los productos de la etapa anterior.
– Sustratos: ATP / NADPH / CO2.
– Productos: ADP+P / NADP / GLUCOSA.
– Ocurre con el ciclo de Calvin.
Ciclo de Calvin
– Síntesis de la glucosa.
– Ocurre en la matriz o estroma.
Respiración Celular
Características
– Oxidación de la glucosa.
– Proceso de Óxido-Reducción.
– En presencia de oxígeno, la glucosa es degradada a CO2 y H2O.
– Proceso catabólico y exergónico.
– El pasaje de electrones desde la glucosa hacia el oxígeno ocurre a favor de la energía.
– 3 etapas:
- Glucólisis en el citoplasma, ruptura de moléculas de glucosa.
- Ciclo de Krebs en la matriz mitocondrial.
- Cadena respiratoria (cadena de transporte de electrones) en la membrana mitocondrial interna. Acoplada en síntesis de ATP.
Glucólisis
NADH y ATP —-> Ácido pirúvico/piruvato (acetil).
– Ruptura de azúcares, proceso de una molécula de glucosa es oxidada hasta obtener 2 moléculas de ácido pirúvico (acetil).
– Proceso exergónico, parte de la energía es liberada como calor, la otra parte se utiliza en síntesis de ATP.
– Sustratos: Glucosa / ADP+P / NAD+.
– Productos: Ácido pirúvico / ATP / NADH.
Descarboxilación Oxidativa
– Ocurre en en la matriz mitocondrial.
– Sustratos: Ácido pirúvico / NAD+.
– Productos: Acetil-CoA / NADH.
Ciclo de Krebs
– Serie de reacciones químicas, es un compuesto de 4 átomos de carbono llamado ácido oxalacético.
– Se produce 1 molécula de GTP igual al ATP, rico en energía.
– El ciclo vuelve a su compuesto inicial (ácido oxalacético – ácido cítrico – ácido alfa cetoglutárico – ácido succínico – ácido málico).
– Se dan dos vueltas en Krebs (una por cada molécula obtenida durante la glucólisis (ácido pirúvico)).
– Por la respiración celular, las células convierten parte de la energía de las moléculas en ATP.
– Este ciclo cumple como nudo del metabolismo celular.
– Camino a través del cual se oxidan monosacáridos, aminoácidos y ácidos grasos para obtener energía.
– Durante todo este ciclo aparecen NADH, GTP, FADH.
Cadena Respiratoria
– Ocurre en la membrana mitocondrial interna.
– Sustratos: NADH / FADH / O2.
– Productos: NAD+ / FAD+ / H2O.
Fosforilación Oxidativa
– Sustrato: ADP+P.
– Producto: ATP.