Bioenergetica

BIOENERGÉTICA Y CADENA RESPIRATORIA Los seres vivos necesitan energía La energía es la capacidad de realizar un trabajo. Las células convierten energía potencial, normalmente en forma de enlaces covalentes carbono-carbono o enlaces fosfoanhidro del ATP, en la energía necesaria para la división celular, crecimiento, biosíntesis y transporte activo a través de membrana, entre otras cosas. El sol esla fuente última de energía para la vida de todos los organismos ya que la luz es utilizada por los organismos fotosintéticos para convertir el carbono inorgánico del CO2 en carbono orgánico de los glúcidos, a partir de los que sintetizan todas sus moléculas. Los animales utilizan nutrientes vegetales o animales para sintetizar sus propias moléculas. Procesos acoplados y energía Las célulasobtienen la energía a partir de su entorno y sintetizan los componentes de sus macromoléculas mediante un conjunto ordenado de reacciones químicas conocidas como metabolismo. En el metabolismo celular ocurren simultáneamente procesos degradativos (catabólicos) y de síntesis (anabólicos) donde la energía liberada en unos es utilizada en otros. (Fig. 1).

Figura 1. Esquema que muestra la relaciónenergética entre el catabolismo y el anabolismo. Las reacciones que liberan energía se denominan exergónicas y aquellas reacciones que necesitan energía para que ocurran son endergónicas. Las reacciones exergónicas son espontáneas ya que ocurren con disminución de la energía libre ∆Gº´ (G productos – G reactivos < 0), de acuerdo a las leyes de la termodinámica.

Una reacción A B + C ∆Gº´ = + 5Kcal/mol (endergónica), es termodinámicamente desfavorable y para que ocurra debe estar acoplada a una termodinámicamente favorable: B D ∆Gº´ = - 8 Kcal/mol

En ausencia de esta segunda reacción, la reacción endergónica no se produciría. Como los cambios de energía libre son aditivos, la conversión de A hasta C y D tiene un ∆Gº´ negativo, es decir, una reacción termodinámicamente desfavorable puedeser dirigida por una termodinámicamente favorable acoplada a ella. A B A B + C ∆Gº´ = + 5 Kcal/mol D ∆Gº´ = - 8 Kcal/mol C + D ∆Gº´ = - 3 Kcal/mol

En las células, a menudo las reacciones energéticamente desfavorables están acopladas a la hidrólisis del ATP, reacción con un ∆Gº´ = - 7,5 Kcal/mol por lo que la reacción global tiene ∆Gº´ negativo. ATP + H2O ADP + Pi + energía

El sistema ATP-ADPes muy importante en el ciclo de la energía celular (Fig. 2). El ADP puede aceptar un fosfato con consumo de energía para convertirse en ATP y este proceso se conoce como FOSFORILACIÓN.

ADP + Pi + energía

ATP

Movimiento Biosíntesis Transporte activo

ATP ADP

∆Gº’= -7,5 kcal ∆Gº’= 7,5 kcal

Fotosíntesis Oxidación de macromoléculas

Figura 2. Ciclo ATP – ADP y algunos procesoscelulares a los que se asocia.

Panorámica del metabolismo En la figura 3 se presenta un mapa metabólico simplificado, donde se muestra tres niveles de complejidad tanto para las vías catabólicas como para las anabólicas. En el nivel 1 del catabolismo las macromoléculas se hidrolizan y rinden monómeros. En el nivel 2 confluyen una serie de metabolitos comunes a todas las vías metabólicas y en elúltimo la degradación total culmina con la formación de moléculas sencillas como CO2 y H2O.

Figura 3. Rutas centrales del metabolismo energético.

Si una molécula glucídica, por ejemplo un polisacárido, fuera oxidada a CO2 y agua en un solo paso, se liberaría una cantidad de energía varias veces mayor a la que una molécula transportadora puede tomar y, por lo tanto, se perdería energía en formade calor con el consiguiente perjuicio para la célula. Por el contrario, las células utilizan enzimas para llevar a cabo la oxidación en una serie de reacciones donde se liberan pequeñas cantidades de energía que son almacenadas en enlaces químicos de moléculas transportadoras. En

algunas de esas reacciones se transporta energía como ATP y en otras, como coenzimas reducidas, NADH.H y FADH2...