jueves, 1 de marzo de 2018

Reacciones Acopladas.

José Rojas

Son aquellas donde la energía libre de una reacción (exergónica) es utilizada para conducir/dirigir una segunda reacción (endergónica). Por lo tanto las reacciones acopladas representan reacciones liberadoras de energía acopladas a reacciones que requieren energía.

En la célula, la energía liberada o que se hace disponible en una reacción exergónica (que libera energía), es utilizada para mover otras reacciones endergónicas (que consumen energía), en otras palabras la energía es utilizada para realizar trabajo.

La mayoría de las reacciones en las células no son espontaneas, necesitan ser impulsadas por reacciones espontáneas, por lo tanto deben ser acopladas a otras que sí lo son, de la misma manera cómo funcionan los engranajes.

Podemos decir que la vida se mantiene gracias a procesos endergónicos con el suministro de energía libre. Según la primera ley de la termodinámica, la energía requerida para un proceso endergónico debe ser aportada por un proceso que la suministre. La única forma de que esto pueda ocurrir es mediante sustancias reaccionantes comunes, en un proceso conocido como acoplamiento de reacciones.

José Rojas

Las Enzimas.

Los enzimas son proteínas que catalizan reacciones químicas en los seres vivos. Son un tipo de molécula de naturaleza protéica que ejercen una labor de catalización bioquímica. Es necesaria para llevar a cabo funciones químicas dentro del organismo.

José Rojas
Las enzimas permiten las reacciones en las condiciones de temperatura, presión y pH propios del medio intracelular, reduciendo la energía de activación necesaria para que se produzca la reacción. Las enzimas no experimentan cambios estructurales al final del proceso químico que catalizan.

 Las/os enzimas son las proteínas más especializadas, como corresponde a su acción catalizadora de los procesos biológicos: degradación de nutrientes, transformaciones energéticas, síntesis de moléculas orgánicas, regulación de procesos metabólicos, etc.; incluso se mantienen activas fuera de la célula.

La mayoría de las reacciones celulares no se pueden producir espontáneamente a la velocidad adecuada, pues requerirían una elevada temperatura que sería letal para la célula, por la que es decisiva la acción enzimática para conseguir dicha velocidad de reacción.

En general, todas las reacciones metabólicas están reguladas por las enzimas, unas proteínas globulares que actúan como catalizadores, aumentando la velocidad de auqellas reacciones que son energéticamente posibles.

José Rojas
Aunque hay enzimas con funciones anabólicas (de construcción),  la mayor parte de las enzimas que trabajan en nuestros cuerpo se utilizan en el proceso de catabolismo, es decir, en el proceso de descomposición de los alimentos y obtención de energía.

Sin enzimas nuestro cuerpo no podría realizar una gran cantidad de tareas necesarias para funcionar de forma correcta y nos enfermaríamos gravemente. Las enzimas, son clave para el organismo.

¿Cómo funcionan? Las enzimas participan de las reacciones químicas de las células para generar una acción determinada. Cada enzima está hecha para una función especifica.

Las moléculas por sobre las cuales trabaja una enzima se


denominan sustratos y cada uno está ligado a una región de la enzima, llamado sitio activo. Existen dos formas o modelos en que puede actuar una enzima y la velocidad de la reacción depende de ello.

Si la zona activa de la enzima tiene la forma exacta para unirse a ciertos sustrato, la reacción es veloz. Ese sistema se denomina llave-cerradura. En caso de que la zona activa de la enzima y el sustrato no sean compatibles, ambas se adaptarán para funcionar. Ese tipo de reacción, lleva el nombre de encaje inducido.

Una vez que se desarrolla la unión entre enzima y sustrato ocurre una reacción química, tras las cual se crea una nueva molécula. Esa molécula recién creada se separa de la enzima y ésta vuelve a estar disponible para catalizar otras reacciones.

José Rojas

El ATP.

José Rojas
Se descubrió en 1929 pero no fue sino hasta 1944 con que a partir de la evolución de la industria farmacéutica y con el desarrollo de la medicina se conocieron las funciones en el organismo. El ATP es una molécula energética que está compuesta por 3 elementos fundamentales como lo son la base nitrogenada, una azúcar y un grupo fosfato. Está a cargo de transportar las moléculas de energía para que las células puedan generar reacciones endergónicas o anabólicas.

Es una fuente energética necesaria para todas las formas de trabajo biológico, como la contracción muscular, la digestión, la transmisión nerviosa, la secreción de las glándulas, la fabricación de nuevos tejidos, la circulación de sangre, etc.

Constituye una forma de almacenar y producir energía en compuestos o enlaces de alto valor energético.

El ATP es la fuente directa de energía para la actividad muscular. Es una molécula que está formada por adenina, ribosa y tres grupos fosfatos.


El ATP se origina por el metabolismo de los alimentos en unos orgánulos especiales de la célula llamados mitocondrias. El ATP se comporta como un coenzima, ya que su función de intercambio de energía y la función catalítica (trabajo de estimulación) de las enzimas están íntimamente relacionadas. La parte adenosina de la molécula está constituida por adenina, un compuesto que contiene nitrógeno (también uno de los componentes principales de los genes) y ribosa, un azúcar de cinco carbonos. Cada unidad de los tres fosfatos (trifosfato) que tiene la molécula, está formada por un átomo de fósforo y cuatro de oxígeno y el conjunto está unido a la ribosa a través de uno de estos últimos. Los dos puentes entre los grupos fosfato son uniones de alta energía, es decir, son relativamente débiles y cuando las enzimas los rompen ceden su energía con facilidad. Con la liberación del grupo fosfato del final se obtienen siete kilocalorías (o calorías en el lenguaje común) de energía disponible para el trabajo y la molécula de ATP se convierte en ADP (difosfato de adenosina). La mayoría de las reacciones celulares que consumen energía están potenciadas por la conversión de ATP a ADP incluso la transmisión de las señales nerviosas, el movimiento de los músculos, la síntesis de proteínas y la división de la célula. Por lo general, el ADP recupera con rapidez la tercera unidad de fosfato a través de la reacción del citocromo, una proteína que se sintetiza utilizando la energía aportada por los alimentos. En las células del músculo y del cerebro de los vertebrados, el exceso de ATP puede unirse a la creatina, proporcionando un depósito de energía de reserva.


José Rojas

La liberación de energía proviene de la hidrólisis del ATP en difosfato en adenosina (ADP), al separarse los enlaces fosfato mediante la introducción de una molécula de agua (hidrólisis), se obtienegran cantidad de energía: Los fosfatos (ATP-PC), el sistema glucolítico el sistema oxidativo.
José Rojas

Herramientas del metabolismo.

José Rojas
En todas las reacciones químicas que ocurren en la naturaleza se produce una transformación de sustancias iniciales llamadas sustratos, en sustancias finales llamados productos. La velocidad de estas reacciones debe ser tal que resulte útil para los sistemas vivos. Para esto es necesario que el sustrato se “active”, de forma que sus enlaces se debiliten para facilitar su ruptura. Este paso se conoce como complejo activado. Para formar el complejo activado se requiere energía. Esta energía se obtiene por elevación de la temperatura o invirtiendo mucho tiempo para conseguir la energía necesaria.

*Las enzimas:  Son moléculas de naturaleza proteica. En nuestras células existen unas proteínas especiales, llamadas enzimas, que se encargan de disminuir la energía que necesita el sustrato para transformarse en producto.

Las enzimas pueden actuar de dos formas: fijándose a través de enlaces fuertes al sustrato para debilitar sus enlaces y disminuir la demanda de energía necesaria para romperlos, o atrayendo los sustratos a su superficie para aumentar la posibilidad de encuentros y facilitar la reacción.

Características de las enzimas:

Muchas enzimas solo trabajan en presencia de una sustancia adicional, que puede ser orgánica o inorgánica. Si la sustancia es orgánica se llama coenzima. Si la sustancia es inorgánica se denomina cofactor, es el caso de algunos minerales como el zinc, el hierro o el manganeso.

Acción de las enzimas:

Las enzimas ejercen su acción uniendo o separando moléculas que van a reaccionar.

Para ello, las sustancias que reaccionan se acercan y se unen a la enzima en su Centro Activo, interactúan con los aminoácidos de la enzima, reordenan sus enlaces y generan el o los productos.

Algunas enzimas solo actúan cuando está presente una molécula llamada coenzima o cofactor.

*ATP: Es un nucleótico compuesto por una molécula de adenina (base nitrogenada), un azúcar ribosa y tres fosfatos. La ruptura de estos enlaces libera esa cantidad de energía para las actividades metabólicas celulares.

La energía para mantener la vida proviene de la degradación de moléculas orgánicas, que el organismo ingiere como alimento. Esta energía se almacena en una sustancia llamada Adenosin Tri-fosfato (ATP) que su función es captar la reacciones exotérmicas y almacenarla para que posteriormente sea transferida a los procesos endotérmicos.

José Rojas

Reacciones Endergónicas.

En termoquímica, una reacción endergónica es una reacción química en donde el incremente de energía libre es positivo. (Anabolismo).

Es aquella que necesita energía para poder realizarse, no es espontánea, y la obtiene del medio ambiente, osea que en lugar de calentarse se enfría.

José Rojas
Son las que necesitan consumir energía para fabricar o sintetizar moléculas de elevado peso molecular, como su nombre lo indica estas reacciones no liberan calor ni energía química hacia el medio externo, necesitan consumir energía para sintetizar productos de mayor complejidad. Es aquella reacción química en la cual la variación de energía libre de Gibbs es positiva. Por tanto, se tratará de una reacción desfavorable o no espontánea.

Se caracterizan porque las moléculas de los reactivos tienen menos energía que las moléculas de los productos, por lo cual la variación de energía es mayor que cero.

Por ejemplo:

CaCO3(s) + CalorCaO(s) + CO2(g)

Aquí el carbonato de calcio (CaCO3) precisa de calor para transformarse en óxido de calcio (CaO) y dióxido de carbono (CO2). (Cuando la energía es absorbida aparece a la izquierda de la ecuación).

Otro ejemplo es la reacción:

2FeSO4 + Calor → Fe2O3 + SO2 + SO3

Donde el sulfato ferroso (FeSO4) más calor se transforma en óxido férrico (Fe2O3), anhídrido sulfuroso (SO2) y anhídrido sulfúrico (SO3).

Otro tipo de reacción endergónica es la que ocurre en la fotosíntesis:

6CO2 + 6H2O + Energía lumínica → C6H12O6 + O2

Que precisa de energía lumínica, dióxido de carbono (CO2), agua (H2O) para producir glucosa  (C6H12O6) y oxígeno (O2).

Sus características son:

*Requieren energía calórica para ocurrir.
 *Absorben energía.
*Las moléculas de los reactantes tienen menos energía que los productos.
José Rojas

La Fotosíntesis.

José Rojas
Tomando en cuenta de que la vida sobre la tierra existe gracias a dos procesos vitales los cuáles son precisamente la fotosíntesis y la respiración. vegetales verdes, cierta algas y algunas bacterias captan la energía luminosa que procede del sol y la convierten en energía química. Las plantas poseen un pigmento de color verde llamado clorofila, que se encuentra en los cloroplastos de las células. Este pigmento tiene la capacidad de absorber la energía de la luz solar y cederla para la elaboración (Síntesis) de hidratos de carbonos como la glucosa, a partir de dos compuestos disponibles en el medio ambiente: agua y dióxido de carbono. Además, la fotosíntesis produce oxígeno que es liberado a la atmósfera, hecho fundamental de mucho importancia para la vida.

Seis moléculas de agua más seis moléculas de dióxido de carbono, en presencia de luz solar y de clorofila, producen una molécula de glucosa y seis moléculas de oxígeno, este último es desplazado hacia la atmósfera. A partir de la glucosa obtenida por fotosíntesis se forma almidón, celulosa y otros carbohidratos esenciales en la constitución de las plantas. Por medio de la fotosíntesis también se elaboran otras sustancias orgánicas como las proteínas y los lípidos que las células vegetales necesitan para poder vivir, crecer y reproducirse. La fotosíntesis se lleva a cabo en los cloroplastos, están los tilacoides, que son sacos o vesículas aplanadas inmensas en una solución llamada estroma. En la membrana de los tilacoides están los pigmentos fotosintéticos, como la clorofila, carotenos y xantinas. En su interior se realizan las reacciones de caplación de la luz de la fotosíntesis. Pilas de tilacoides forman el grana de los cloroplastos.

La Quimiosíntesis.

José Rojas
Es el nombre que recibe un método de reproducción energética que realizan varios organismos vivientes. El mecanismo se desarrolla mediante la síntesis de trifosfato de adenosina (ATP), luego de la liberación de energía que se produce mediante las reacciones de oxidación que llevan a cabo ciertos compuestos químicos.

El organismo que realiza la quimiosíntesis toma la energía que se halla en los alimentos. Para esto, bombea átomos de hidrógenos mediante las membranas de las células, algo que provoca una diferencia en la concentración existente. Una vez terminada la acción, los átomos de hidrógeno regresan y liberan la energía que se emplea para sintetizar el ATP.

Hay bacterias que viven en el fondo del mar y que apelan a la quimiosíntesis para obtener energía a través de fotosíntesis: la quimiosíntesis ler permite generar sus reservas energéticas, debido a que en el mundo submarino no llegan los rayos solares.

La quimiosíntesis presenta dos fases:

1- Fase oxidativa: Oxidación de compuestos inorgánicos. Esta fase es similar a la fase fotoquímica o luminosa de la fotosíntesis.

En esta fase, la energía liberada en las reacciones de oxidación de sustancias inorgánicas se utiliza para sintetizar ATP (fosforilación oxidativa del ADP) y poder reductor (NADH en las bacterias en lugar de NADPH como en las plantas). Parte del ATP se emplea en provocar un transporte inverso en la cadena respiratoria de electrones para la obtención de NADH.

2- Fase biosintética: Fase biosíntesis, biosíntesis de compuestos orgánicos. Esta fase es similar a la fase biosintética u oscura de la fotosíntesis.

Utiliza el ATP y el NADH obtenidos en la fase anterior para reducir compuesto (CO2, NO-3, SO2-4) y obtener compuestos orgánicos.
José Rojas

Tipos de bacterias quimiosíntesis:

*Bacterias incoloras del azufre: Estas bacterias usan el H2S procedente de la descomposición de la materia orgánica, que abunda en las aguas residuales.

*Bacterias del nitrógeno: Oxidan compuestos reducidos de nitrógeno, en concreto el amoniaco (NH3), que transforman en nitratos (NO3-), el cual puede ser utilizado por las plantas.

*Bacterias del hierro: Oxidan compuestos ferrosos a férricos.

*Bacterias del hidrógeno: Quimioautótrofas facultativas, que pueden utilizar el hidrógeno molecular.

Fermentación Alcohólica.

Es un proceso anaeróbico en el que las levaduras y algunas bacterias, descarboxilan el piruvato obtenido de la ruta Embden-Meyerhot-Parnas (Glicolisis), dando acetadehído, y éste se reduce a Etanol por la acción del NADH2. Siendo la reacción global (1), conocida como la ecuación de Gay-Lussac (3).
José Rojas


También llamada fermentación ética es un proceso biológico de fermentación en plena ausencia de aire (oxígeno), originado por la actividad de algunos microorganismos que procesan los hidratos de carbono para obtener como productos finales un alcohol en forma de etanol, dióxido de carbono (CO2) en forma de gas y unas moléculas de ATP que consumen los propios microorganismos  en su metabolismo celular energético anaeróbico.

La fermentación alcohólica tiene como finalidad biológica proporcionar energía anaeróbica a los microorganismos unicelulares (levaduras) en ausencia de oxígeno. Para ello disocian las moléculas de glucosa y obtienen la energía necesaria para sobrevivir, produciendo el alcohol y CO2 como desechos consecuencia de la fermentación.
José Rojas

miércoles, 28 de febrero de 2018

Fermentación Láctica.

José Rojas
Este proceso se da de forma natural. Es un proceso anaeróbicometabólico que realizan ciertas bacterias y hongos. Esto ocurre gracias a que los microorganismos tienen la glucosa presente en algunos alimentos y la transforman en ácido láctico y dióxido de carbono.

Las bacterias que producen el ácido láctico son el Lactobaccillus, Lactococcus, Leuconostoc y Streptococcus thermophillus. Estos microorganismos responsables de la fermentación se encuentran en la leche, en productos de origen v
egetal e inclusive en la tierra.

El ácido láctico, que es la sustancia resultante de la fermentación, transforma ligeramente la composición de los productos. Estas transformaciones, bien aplicadas, ayudan a su conservación en inclusive mejoran sus propiedades nutricionales.

Éste ácido tiene un sabor suave y reduce el PH de los alimentos. Esta transformación hace que los productos se vuelvan inhabitables para algunos microorganismos que ocasionan su descomposición.

Gracias a ello es posible alargar la vida de los productos sin necesidad de refrigeración o procesos químicos.

José Rojas
La presencia del dióxido de carbono también es importante para la conservación de los alimentos. Esto es posible porque reemplaza el oxígeno y de esta manera estabiliza sustancias que ayudan en la descomposición y preserva el color de los productos.

José Rojas
Una ruta para el metabolismo del piruvato (continuación de la glucólisis) es su reducción al lactato a través de la fermentación láctica. La glucólisis necesita de glucosa y de la coenzima NADH+ necesario para continuar la glucólisis y obtener energía (ATP's). Este tipo de fermentación es responsable de la elaboración de productos lácteos acidificados ya que el ácido láctico tiene excelentes propiedades conservantes de los alimentos.

jueves, 22 de febrero de 2018

Reacción exergónica.

Es aquella reacción química en la cual la variación de energía libre de Gibbs es negativa. Se trata de una reacción espontánea.

Se dan cuando hay producción o liberación de energía durante el proceso. Durante las reacciones exergónicas se libera energía como resultado de los procesos químicos. La energía libre se encuentra en un estado organizado, disponible para el trabajo biológico útil.

Es aquella reacción que libera energía al momento de realizarse, y es espontánea, la cantidad de energía es directamente proporcional a los tipos de enlaces que van a constituir la molécula.

Se dijo que las reacciones exergónicas transcurren espontáneamente pero esto no significa que la reacción transcurrirá sin ninguna limitación o problema. Por ejemplo la velocidad de reacción entre hidrógeno y oxígeno es muy lenta y no se observa en ausencia de un catalizador adecuado.
José Rojas

La Fermentación.

Es un proceso natural que ocurre en determinados compuestos o elementos a partir de la acción de diferentes actores y que se podría simplificar como un proceso de oxidación incompleta.

José Rojas
Es la descomposición de moléculas de glucosa, las cuales son ricas en energía. Mediante la fermentación la célula libera energía la cual se acumula en forma de ATP. El proceso anaeróbico (se produce en ausencia de O2) y se lleva a cabo en el citosol de la célula. La fermentación es de bajo rendimiento si se compara con la respiración celular sin embargo es importante en los organismos que carecen de mitocondria y por consiguiente del metabolismo aeróbico o bien en situaciones en que las condiciones de oxigenación no son las más adecuadas o que se requiera de energía a corto plazo.

La fermentación empieza igual que la respiración celular por medio de la glucólisis (ruptura de la glucosa) y luego toma otra vía metabólica en la cual no se utiliza oxígeno.

Es el proceso que se da en algunos alimentos tales como el pan, las bebidas alcohólicas, el yogurt, etc., y que tiene como agente principal a la levadura o a diferentes compuestos químicos que suplen su acción.

La fermentación es realizada por diferentes bacterias y microorganismos en medios anaeróbicos, es decir, en los que falta aire. Las bacterias o microorganismos, así como también las levaduras, se alimentan de algún tipo de componente natural y se multiplican, cambiando la composición del producto inicial.

La Respiración Celular.

Es una reacción exergónica, donde parte de la energía contenida en las moléculas de alimento es utilizada por la célula para sintetizar ATP. Decimos parte de la energía porque no toda es utilizada, sino que una parte se pierde.

José Rojas
Aproximadamente el 40% de la energía libre emitida por la oxidación de la glucosa se conserva en forma de ATP. Cerca del 75% de la energía de la nafta se pierde como calor de un auto; solo el 25% se convierte en formas útiles de energía. La célula es mucho más eficiente.

La respiración celular es una combustión biológica y puede compararse con la combustión de carbón, bencina, leña, etc. En ambos casos moléculas ricas en energía son degradadas a moléculas más sencillas con la consiguiente liberación de energía. Tanto la respiración como la combustión son reacciones exergónicas.

La respiración celular puede ser considerada como una serie de reacciones óxido-reducción en las cuales las moléculas son paulativamente oxidadas y degradadas liberando energía. Los protones perdidos por el alimento son captados por coenzimas.

La respiración ocurre en distintas estructuras celulares. La primera de ellas es la glucólisis que ocurre en el citoplasma. La segunda etapa dependerá de la presencia o ausencia de O2 en el medio, determinando el primer caso la respiración aeróbica (ocurre en las mitocondrias), y en el segundo caso la respiración anaeróbica o fermentación (ocurre en el citoplasma).

El Anabolismo.

José Rojas
Es el conjunto de reacciones metabólicas mediante las cuales a partir de compuestos sencillos (inorgánicos u orgánicos) se sintetizan moléculas mas complejas. Mediante estas reacciones se crean nuevos enlaces por lo que se requiere un aporte de energía que provendrá del ATP.

Las moléculas sintetizadas son usadas por las células para formar sus componentes celulares y así poder crecer y renovarse o serán almacenadas como reserva para su posterior utilización como fuente de energía.

Las reacciones anabólicas se caracterizan por:

- Son reacciones de síntesis, mediante ellas a partir de compuestos sencillos se sintetizan otros más complejos.

- Son reacciones de reducción, mediante las cuales compuestos más oxidados se reducen, para ello se necesitan los electrones que ceden las coenzimas reducidas (NADH, FADH), etc, las cuales se oxidan.

- Son reacciones endergónicas que requieren un aporte de energía que procede de la hidrólisis del ATP.
José Rojas