capitulo v bionergética el flujo de energía en la célula

24
Bionergética: el flujo de energía e n l a célula T'r -Ún términos generales, as células ienen cuatro necesida- des esenciales: iezas econstrucción oleculares, ataliza- dores químicos denominados enzimas, nformación qlJe guíe odas sus actividades,y nergíapara mpulsar as dife- rentes eacciones procesos senciales ara a función bio- lógica y parala vida. En el Capítulo 3, consideramos as distintas moléculas que necesitan as células, ncluyendo aminoácidos, ucleótidos, zúcares lípidos. A éstos aña- diremos otrasmoléculas esenciales iones, ales como el agua, ales norgánicas, ones metálicos, Ígeno y dióxido de carbono. Algunos de estos materiales os producen as células; tros se obtienen del entorno. En ausencia ecatalizadores, a mayoría de as eaccio- nes químicas que ienen ugar en as células que son ne- cesarias ara mantener a vida, se producirían e una or- ma mucho más enta. De ahí que serequiera a presencia de enzimas ue aceleren a velocidad de las reacciones n variosórdenes de magnitud.Consideraremos as enzimas y lasreaccionesatalizadas or ellas en el Capltulo 6. El tercer equerimiento general de as células es a in- formación paraguiar y dirigir sus actividades. omo sabe- mos desde l Capítulo 3,la nformación está odificada n losnucleótidos e as secuencias e DNA y de RNA y se ex- presa en a sínt esis e proteínas specíñcas. a nformación genética ue se almacena, ransmite y expresa o mo DNA, RNA y proteínas etermina qué clase e reacciones uími- cas puede levar a cabo una célula, qué clase e estructuras es capaz e ormar y qué clase e unciones puede ealizar. Tiataremos l flujo y la expr esión e a información gené- tica en os Capítulos 8-22. Además de molécu las, nzimas e información, todas las células equieren energía. a energía esnecesaria ara impulsar as reacciones uímicas mplicadas en la forma- ción de componentes moleculares para propulsar as nu- merosas actividades que realizan estos componentes. a capacidad ara obtener, almacenar usar a energla es, de hecho, una de as características ás evidentes e os seres vivos (Figura 5.1). Como el flujo de n formación, l flujo deenergía s un tema muy importante en este exto. El flu- jo de energía e ntroduce en este apítulo y se considerará endetalle n os Capítulos -11. Figuta 5.1 Enetgfa vida, La capacidad para gastar energía es una de as característica s más obüas de a vida en os dos niveles, el celular y el del organismo. Bioenergética: l lujo e energía n a célula 115

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8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

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Bionergética:

el

flujo

de energía

en

la

célula

T'r

-Ún

términos

generales,

ascélulasienen

cuatronecesida-

desesenciales:

iezas

e construcción

oleculares,

ataliza-

dores

químicosdenominados

enzimas,

nformación

qlJe

guíe odassusactividades,y

nergíapara

mpulsar

as

dife-

rentes

eacciones

procesos

senciales

ara

a función bio-

lógica

y

parala

vida. En el

Capítulo3, consideramos

as

distintas

moléculas

que

necesitan

as

células,

ncluyendo

aminoácidos,

ucleótidos,

zúcares lípidos.

A éstosaña-

diremos

otras moléculas

esenciales

iones, alescomo

el

agua, ales

norgánicas,

onesmetálicos, Ígeno

y

dióxido

de

carbono.

Algunos de estosmateriales

os

producen as

células; tros

seobtienen

del entorno.

En ausencia e catalizadores,a mayoríade as eaccio-

nes

químicasque ienen ugar en as

células

que

son

ne-

cesarias

ara

mantener a vida,se

producirían

e

una or-

ma mucho

más enta. De ahí

que

se requiera

a

presencia

de

enzimas

ue

aceleren

a velocidadde

las reacciones

n

varios órdenes

de magnitud. Consideraremos

as

enzimas

y

las reacciones atalizadas

or

ellasen el Capltulo

6.

El tercer equerimiento

general

de as células

es a in-

formación

para guiary

dirigir susactividades.

omo sabe-

mosdesde l Capítulo

3,la nformaciónestá

odificada

n

los nucleótidos

e assecuencias

e DNA

y

de RNA

y

se

ex-

presa

en a síntesis

e

proteínas

specíñcas.

a nformación

genética

ue

se

almacena,ransmite

y

expresa omo DNA,

RNAy proteínas eterminaquéclase ereaccionesuími-

cas

puede

levar a cabouna

célula,

qué

clase e

estructuras

escapaz

e ormar

y qué

clase e unciones

puede

ealizar.

Tiataremos l

flujo

y

la expresión e

a información

gené-

tica

en os Capítulos

8-22.

Ademásde moléculas, nzimas

e información, todas

las células

equierenenergía. a energía

es necesaria

ara

impulsar

as

reacciones

uímicas mplicadasen la form

ción de componentes

moleculares

parapropulsar

asn

merosas

actividades

que realizanestoscomponentes

capacidad

ara

obtener,

almacenar

usar a energla

es

hecho,una

de as características

ásevidentes e os se

vivos

(Figura

5.1).Como

el flujo de n formación, l flu

de energía

sun

temamuy importanteen

este exto.

El f

jo

de energía

e ntroduce

en este apítulo

y

seconside

en detalle

n

os

Capítulos

-11.

Figuta5.1

Enetgfa

vida, La capacidad

para gastar

energíaes

una de

as características

más obüas de a vida en

os

dos niveles

celular

y

el del organismo.

Bioenergética:l

lujo eenergían acélula

8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

http://slidepdf.com/reader/full/capitulo-v-bionergetica-el-flujo-de-energia-en-la-celula 2/24

La importancia

de [a

energía

Todos os

sistemas ivos requieren

un aporte

continuo de

energía.De manera

habitual, a

energía e

define como a

capacidadde realizar

un trabajo. Pero

estadefinición

se

vuelveen ciertamedida

circularya que

el trabajo

sedefine

con frecuencia

n términos

de variaciones

e energía.Una

definiciónmásútil

es

que

a energía

s

a

capacidad e

cau-

sarcambios

específicos.uesto

ue

a

vida se

caracteriza n

primer

lugar

y

sobre

odo

por

el cambio,

estadefinición

subrayaque cualquier orma de vida depende otalmente

de

a

continuadisponibilidad

e energía.

Lascélulas

necesitan

nergía

ata

mpulsar

eis iposde

camb¡os iferentes

Ahora

que

hemos

definido a

energía e estamanera,

nos

damoscuentade

quepreguntarse

cerca

e asnecesidades

energéticas

e las células

supone ndagar

en los tipos

de

cambios

ue

as

célulasienen

que

efectuar

es

decir, nda-

gar

en

as

actividades elulares ue

dan ugar

al cambio-.

Senos ocurren

seis ategorías e cambios, ue

definen

seis

clases e trabajo: rabajode síntesis,rabajomecánico,ra-

bajo

para

concentrarmoléculas

trabajoeléctrico,

sícomo

el trabajonecesario aragenerar

uz y

calor

(Figura

5.2).

Trabajo esíntesis: ambios

n osenlaces

u¡m¡cos.

La

bio-

slntesis suna

actividad mportante que

realizan

práctica-

mente

odas

as

célulasdurante

odo el tiempo,

que

tiene

como resultado a formación

de nuevos

enlaces la

gene-

ración de nuevas

moléculas. sta

actividades

especialmen-

te evidente en las

poblaciones

celulares

en creci¡niento,

donde seobserva ue

sesintetizan

moléculas uevas

i as

células umentanen número,

en amaño

o en ambas osas.

Además, l trabajo

de síntesis snecesario ara

mantener

lasestructuras,e a misma orma que ue necesario ara

originarlas.La mayoría

de os componentes

structurales

existentes

n a célulase

encuentran n un

estadode reno-

vación constante. as

moléculas

ue

determinan a

estruc-

tura

son degradadas

sustituidas e orma

continua.

En términos

de a

erarquía

de

a

estructura

elular

que

semuestra

n a Figura2.I4,

casi oda a

energía

ue

a cé-

lula requiere ara

el rabajo

de biosíntesis

edestinaa

con-

Figura.2

Clasese rabajo

iológico.Aquí

emuest¡anas

eis

categoríasmás mportantes

de

trabajo biológico.

(a)

Trabajo

sintético lustrado por el procesode a fotosíntesis, b) Trabajo

mecánico,por

la contracción

de os músculos

de un levantador

de

pesas,

(c)

Trabajo

de concentración,por

la

captación de moléculas

en una célula

contra de un gradiente

de concentración.

d)

El

trabajo eléctrico

se epresentapor

el

potencial

de membrana de

una

mitocondria

(mostrado

como generadopor

un

transporte activo

de

protones),

(e)

Producción

de calor,

lustrado

por

el sudor del

Ievantador de

pesas

(f)

bioluminiscencia,

representadopor

el

cortejo de as uciérnagas.

(a)

Trabajosintético

(b)

Trabajo

mecánico

Transporte

ctivo

de lasmoléculas

hacia

el nterior

-....+

Gradiente e concentración

a través e la membrana

(c)

Trabajode

concentración

Transporte

ctivode iones

protones)

acia

el exterior

Gradiente e carga

a

travésde la membrana

(potencial

e membrana)(d) Trabajoeléctrico

t 1 6 Capítulo

Bioenergetica:

l lujo e

energían acélula

(e)

Calor

(f)

Trabajo

ioluminiscente

8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

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- - 1 ¡ , m -

Figula 5.3

Una bactelia lagelada, El movimiento de batido

de

ün flagelo bacteriano es un ejemplo de trabajo mecánico, e

proporciona movilidad a

algunas

especies

acterianas

TEM).

Figura

5.4

Tejidomusculat El tejido muscular es un ejemplo

especialmente ueno de especialización el

trabajo

mecánico.

a)

El

tejido muscular consisteen

(b)

haces

de

fibras musculares,

ada

una de as cualeses

(c)

una célula muscular individual. Cada célula

muscular contiene numerosasmiofibrillas, los elementos ealmente

contráctiles de a célula.

(Para

detallessobre a contracción

muscular, ttéas Capllu:úo16.)

seguir

moléculas rgánicasicas

en energía

partir

de

m

teriales nicialesmássimples,

para

activarestas

molécu

orgánicas

para que

se ncorporen

a

las

macromolécu

Como

sabemos esde os

Capítulos

y

3,los niveles

complejidad estructural

más

elevada se

producen

po

auto-ensamblajespontáneo, in mayor aporte

energéti

Trabajomecán¡co:ambios n la local¡zac¡ón

or¡entació

unacélula desu estructuraubcelular.El trabajo

mecá

co

mplica un cambio fsico

en

a

posición

u orientación

d

la célulao departede ella.Un ejemploespecialmenteue

esel

movimiento de una

célulacon

respecto

su entorn

Estemovimiento equierea

presencia

n a célula

de alg

tipo de apéndice

móvil como

un cilio o un flagelo.Much

células

procariotas

e autopropulsan través

del entorn

como

a

bacteria

lagelada

e

a Figura

5.3.A veces,

in em

bargo,es

el medio el

que

se mueve

sobre a célula,

com

cuando ascélulas iliadas

ue

apizan a tráquea

barren

partículas

nhaladas

acia a

boca olanariz,protegiendo

d

esta

orma a os

pulmones.

a contracciónmuscular

es

ot

buen ejemplo de trabajo mecánico

que

no implica

a un

única

célulasino a un

gran

número de

célulasmuscula

(Figura5.4).Otros ejemplos e trabajomecánico ue

producen

en

a

célula

ncluyen

el movimientodé os

crom

somas

o largode as ibrasdel husodurante

a mitosis,

corrientes e citoplasma el movimientodel ribosoma

a

largo de

a hebrade RNA mensajero.

Tlabajo e concentración:ovimientoe moléculas

través

una

membfanancontla eun

gladiente

econcentmción

trabaio de

mover moléculasen contra

de un

eradiented

(c)

Fibra

muscurar

individualiza

(célula)

I

f

tol

n"t de ibras usculares

células

usculares)

,,11

La mportanciae a

ener$a It

8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

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concentración s

menos

evidente

ue

cualquiera

e asdos

categorías nteriores,

ero

es

gual de importante

para

a

célula.El

propósito

del trabajo de concentración

es

acu-

mular sustancias entro

de a

célula

o de algún comparti-

mento subcelular,

bien retirar subproductos e a activi-

dad celular

que

no

pueden

seguirsiendoutilizados

por

la

célula

y que podrían

ser ncluso óxicossi se es

permitiera

acumularse

en el interior celular.Algunos ejemplos del

trabajo

de

concentraciónncluyen el transporteactivo de

moléculas

de azúcares de aminoácidosa través de la

membranaplasmática la concentración e moléculas s-

pecíficas

entro

de os orgánulos.

Trabajoléctrico: ovim¡entoe ones través e

a membrana

en

conttadeun

gradiente

lectroquim¡co.El trabajo eléctri-

co seconsidera

on frecuencia n casoespecial e trabajo

de concentracióndebido a

que

también

implica movi-

mientosa travésde membranas.

n

este aso, in

embargo,

los ionesse ransportan

y

el resultado

no

essólo

un cam-

bio

en a concentración e onessino ambién el estableci-

miento de un

potencial

eléctricoa travésde a membrana.

Cada

membrana iene un

potencial

característico

ue

se

generade esta orma. Esesencial

ue

existaun gradiente

electroquímico e

protones,

a travésde a membranade a

mitocondria o del cloroplasto,

ara

a

producción

de ATP

tantoen

a respiración

Capítulo

10)comoen a fotosínte-

sis

(Capítulo

11).El

trabajoeléctrico

s

ambién

mpor-

tanteen el

mecanismo

or

el cual os mpulsos econdu-

cenen ascélulas erviosas musculares

Capítulo

13).

Un

ejemplode trabajo eléctricoespecialmenteignificativoes

el

que

se encuentraen

Electrophorus

lectricus,a anguila

eléctrica.El

órgano eléctricode Electrophorusonsiste n

capas e células enominadas lectroplaca.s,adauna de as

cuales

uede enerar n

potencial

emembrana

e

alrede-

dor de 150milivoltios

mV).

Debidoa

que

el órgano

eléc-

trico contienemiles de células e ese ipo dispuestas n se-

rie, la anguila

puede

desarrollar

potenciales

léctricosde

varioscientos evoltios.

Galor: naumentoe empelatl¡ra

uepuede

erútil

para

os

ani-

males esangre aliente. Es ácil olvidarse el calor,

a que

los organismos ivos no utilizan el calor como fuente de

energía n a mismamedidaen

que

o haceuna máquinade

vapor.Peroel calores,dehecho, na uentedeenergía

rin-

cipal en os homeotermos

animales

ue

regulansu tempe-

ratura

corporal

ndependientemente

el entorno).

De he-

cho, al mismo tiempo

que

está leyendo estas

íneas,

alrededorde dos tercios- e su energíametabólicase está

utilizando sólo para mantenerlecaliente es decir,para

mantener u cuerpoa37

"C,temperatura

a cual unciona

de

maneramáseficaz-. La relación

ntreel rabajo

y la pro-

ducciónde energía n orma de calor semanifiesta uando

suda

mientrashace

ejercicioo tirita cuando iene río.

Bioluminiscencia:a

ptoducción

e uz. Para erminar, ebe-

mos incluir la

producción

de luz,

o bioluminiscencia,

como otra

forma en a

que

ascélulas tilizan a energía. a

luz

producidapor los

organismos ioluminiscentes e

ge-

nera

por

la

reacción

del

ATP con compuestosuminiscen-

tes específicos usualmente

sde color azul

pálido.

El

uso

de

esta lase e energía s

mucho

másespecializado

ue

as

otrascinco categorías,

de cara

a

nuestro

propósito

actual,

vamosa dejarlo

para

as uciérnagas, etas

enenosas

umi-

nosas, inoflagelados,

eces

e as

profundidades

marinas,

y

otras

criaturas

que

viven en su extrañalazftia.

La mayoria e

os

organismos btienen

a energÍa

de a luzdel sol

o de as moléculas rgán¡cas

de os alimentos

Casi oda

la vida en la Tierra sebasa,directa o indirecta-

mente,en a uz del sol

que

continuamentenunda nuestro

planeta

de energía. stas

adiaciones

olares on ácilmente

cuantificables:a energía olar

lega

a a

parte

superiorde a

atmósfera e a

Tierraa una asade 1,94 allmin

por

cen-

tímetro cuadradode superficie ransversal, n valor

que

se

conoce como constante

olar.Por

supuesto,

o

todos los

organismos

ueden

btenerenergía irectamente partir

de a uz delsol.De hecho, os organismosypor extensión

lascélulas)

ueden

serclasificados n dos

grupos

basándo-

se

en sus uentesde energía.

El

primer grupo

consisteen organismoscapaces e

captar

a

energía

uminosa

por

med.iode sistemas

e

pig-

mentos otosintéticos ,

ue

almacenan

a energía

n orma

de moléculas rgániiascomo a

glucosa.

ales rganismos

sedenominan

otótrofos

(literalmente

omedores

e uz)

e

ncluyen

plantas,

lgas, ianobacterias ciertos

grupos

de

bacteriascapaces e

realizar

a

fotosíntesis.

os enlaces

químicos de las moléculasorgánicasproporcionan

una

fuente

de energía

ue puede

ser utilizada

por

un

segundo

tipo de organismosdenominados

quimiótrofos

(literal-

mentecomedores e química), ebidoa querequierena

ingesta e compuestos

ulmicos

ales

omo carbohidratos,

grasas proteínas. odos os animales,

rotistas,

ongos

y

la mayoría e asbacterias on

quimiótrofos.

Un

punto que

a

menudo no

seaprecia on respecto

los otótrofos,

esque,aunque

pueden

utilizar a

energía o-

lar

cuando

estádisponible, on ambiéncapaces e uncio-

nar como

quimiótrofos

y,

de hecho, o hacen uando

no es-

tán

iluminados.La mayoríade las

plantas

superiores

on

en realidaduna

mezclade células otótrofasy

quimiótro-

fas.

Una

célulade araiz de una

planta,

aunque

parte

de un

organismoobviamente

otótrofo,

es en

la

mayoríade los

casosncapazde realizara fotosíntesis es an quimiótro-

fa como una célulaanimal.

La

ener$a

luyecontinuamente travésde a

biosfela

Hasta el momento hemos visto

que

tanto

quimiótrofos

como

fotótrofos dependende

su

entorno

para

obtener a

energía

ue

necesitan,

ero

difieren en a forma de energía

118 Capí tulo Bioenerget ica:

l lujodeeneifíá n a célula

8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

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que

pueden

utilizar.

Los

quimiótrofos equieren

moléculas

orgánicas,

mientras

que

os fotótrofos

captan

as radiacio-

nessolares

las

convierten

en a energía

e os

enlaces

uí-

micos.

El

flujo de energía

través

de a biosfera

está

epresen-

tado

en a

Figura5.5.

La energía olar

escaptada

or os o-

tótrofos

y

utlizada

para convertir

dióxido

de carbono

y

agua

en

materiales elulares

máscomplejos

y

más educi-

dos)

duranteel

proceso

e

a fotosíntesis.

omo

severá

en

el Capítulo

11,los

productos nmediatos

e

a fijaciónde

carbono en la fotosíntesis on azicates,pero en cierto

modo se

puede

considerar

al

organismo

otótrofo

en sí

mismo

como

el

<producto>

e

a fotosíntesis,

a que

cada

átomo

de

carbono

de cada

molécula e

ese rganismo

e-

riva del

dióxido

de carbono

que

se

ija en

forma orgánica

por

el

procesootosintético.

Porotro

ado,

os

quimiótrofos on

ncapacese

utili-

zar a energía

olar

directamente

dependen

e a energía

química de

las moléculas

oxidables.

Las

necesidades

e

energía

e

os

quimiótrofos se

pueden

satisfacer

naeróbi-

camente

en

ausencia

e oxígeno)

or

ermentación,

ae-

róbicamente

en

presencia

e

oxígeno)

por la

oxidación

completa

de compuestos

uímicosen el

procesodela

re

piración

aerobiq.

or eso,

os

quimiótrofos

ependen

om

pletamente e

a energía

ue

os otótrofos

empaquetan

las moléculas

ermentables

oxidables

e os alimentos

Tanto

los

fotótrofos como

los

quimiótrofos

utiliza

energía

para realizar

rabajo

-esto

es,el efecto

de os di

tintos

tipos de

cambios

que ya hemoscatalogado-.

En

proceso

e

producendos

tipos de

pérdidas.

Uno de l

principios

de a conversión

e

energía s

que

ningún

pr

ceso

químico

o

físico sucede

con

un rendimiento d

1000/o;lgode energía epierdeen forma de calor.De h

cho,

a mayoría

de

os

procesos

ue mplican a convers

de una

forma

de energía

a otra, en

realidad

disipan m

energía

n

forma

de calor de

o

que ogran convertiren

forma

de energía

eseada.

Los

procesos iológicos

on

extraordinariamente

caces

en

convertir

energía.

Las

pérdidas

de calor son, n

obstante,

nevitables

n las transacciones

iológicas

energía.

veces, l calor

iberado

durante

os

procesos

lulares

e

e da un

buenuso.

Comose

rató anteriorme

los animales

e

sangre aliente

san

el calor

para

manten

la temperatura

orporal

a un

nivelconstante,

ormalme

Pérdidas

e calor

Oxígeno

F n a r n í a c n l a r

\

Agua

Figura

S.5 El flujo de

energ¡ía través

de la biosfem,

La mayorla

de

a energía

de a biosfera

se origina

en el

sol y finalmente

contribuye a

aumento

permanente

de a entropía

del universo.

El flujo unidireccional

de

energía

desde os

fotótrofos

hasta os

quimiótrofos va

acompañádo

de un

flujo cíclico

de materia entre

os dos

grupos de

organismos.

Como

aprenderemos

en

el Capítulo

I l, los fotótrofos se

puedán

dividir a su

vez en dos

grupos, dependiendo

de su

fuente de

carbono.

Los

otoautótrofos,

ue

obtienen

su carbono

a

partir

del COr

ios

otohetirótrot'os

qrue ependén

áe fuenies orgánicas

de

carbono

reducido.

Todos

os fotótrofos

mostrados

en este

diagrama son

fotoautótrofos:

la mavoría de os

fotoheterótrofos

son bacterias.)

+

,

Energíaibre uperior

Entropíaisminuida

EnergÍa

lbre nferior

Pérdidas

e calor

+

I

t,

E

EntropÍa

umentada

La mportancia

e a energía 1

8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

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te

por

encima de a temperatura

ambiente.Algunas

plantas

utilizan el calor

generado

metabólicamentepara

fundir la

nieve

que

la cubre o

para

atraer alos

polinizadores

(Figura

5.6).

Sin embargo,de manera general,

el calor simplemen-

te se disipa en el entorno y

se

pierde.

Mucho más importante

es el aumento

de entropía

que

acompaña

a

las

actividadescelulares.

Hablaremos de

ello

con más

detalle en breve;

aquí simplemente

apuntaremos

que

cada eacción

o

procesoque

sucede

en cualquier

parte

del universo siempre lo hace

de tal manera

que

la

entropía

total, o desorden,aumenta en el universo.Estecambio en

la

entropía sucedea expensas

e a energía

que

de otra for-

ma habría estado

disponible

para

hacer

trabajo útil,

y

es

por

tanto un

<sumidero>

nevitable

por

el

que

se

pierde

energía.Precisamente

omo la

fuente nicial

de energíade

casi toda Ia biosfera

es el sol, el dest ino

final de toda la

energíade la bios fera esvolver

aleatoriamente

al universo

como aumento

de entropía.

Visto

desdeuna

escala ósmica,hay

un

flujo

de ener-

gía

continuo, masivo

y

unidireccional desde

su fuente en

las reacciones olares

de fusión nuclear hasta

su sumidero

final, la

entropía del universo.Nosotros,

aquí en la

biosfe-

ra, somos os custodios ransitorios de una pequeña por-

ción casi nfinitesimal de

esaenergía,

ero

es

precisamente

Figura .6

Voodoo ily,

una

plantaque

depende

el calor

generado

metabéficamente

ara

atraera los

polinizadores.

E\

Sauromatum

guttatum

calienta ciertaspartes

de sus lores.

La planta espolinizada

por moscas,que

aparentemente

onfunden

las lores con

carne

muerta. La

flor emite olores que

a¡rdan

a atraera las moscas,

el

calentamiento

a¡.rda a dispersar

os gases

doríferos.

esa

pequeña,pero

crítica,

fracción

de energíay

su flujo

a

través

de

los

sistemasvivos Ia

que

nos

concierne. El

flujo

comienza en las

plantas

verdes,que

utilizan la

energía de la

luz para

impulsar a los electrones para que

formen

nuevos

enlaces

químicos

(con

coste

(esfuerzo)

energético>.

Esta

energía

es entonces

iberada

tanto por plantas

como

por

animales

<sin

esfuerzo>

nsin

coste) en reacciones

e fer-

mentación u oxidación. Este

flujo de energía

a través

de la

materia

viva

-desde

el sol, a los fotótrofos,

a los quimió-

trofos, a calor- impulsa a

maquinaria molecular

de todos

los procesosde a vida.

El lujodeenerg¡ía

través e a biosfera

aacompañado

de

un lujo

ematefia

La

energía entra en la

biosfera desprovista

de materia

(como

fotones

de uz)

y

abandona

a biosfera

de manera

si -

milar

(como

pérdida

de calor

y

aumento

de entropía).

Sin

embargo, cuando la

energía atraviesa a

biosfera,

existe

fundamentalmente en forma

de energíaasociada

a los

en-

laces

químicos

de las moléculas

orgánicas

oxidables

de las

células

y

organismos.Como resultado,

el flujo de

energía

en a biosferaestáacopladoal inmenso flujo de materia co-

rrespondiente.

Mientras que

Ia energía fluye

unidireccionalmente

desdeel sol y atravesando

a los fotótrofos llega

a los qui-

miótrofos, la materia fluye

de forma cíclica

entre los

dos

grupos

de organismos

véase

igura

5.5).

Durante

la

respi-

ración, Ios

quimiótrofos

aerobios oman

nutrientes

orgá-

nicos

del medio circundante,

normalmente ingiriendo

fo-

tótrofos u otros

quimiótrofos

que

a su vez habían

comido

fotótrofos.

Estosnutrientes

seoxidan hasta

dióxido de

car-

bono

y

agua,moléculas

de baja energíaque

son devueltas

al ambiente. Estasmoléculas

se convierten

entoncesen

la

materia

prima que

los

organismos otótrofos

utilizan para

fabricar nuevasmoléculasorgánicasmediante a fotosínte-

sis,devolviendo oxígeno al entorno

en el

proceso.

Además,

hay un ciclo de nitrógeno

concomitante.

Los

fotótrofos obtienen nitrógeno

del entorno

en forma inorgá-

nica

(a

menudo como nitrato

procedente

del

suelo,en algu-

nos casos como

N, de la atmósfera),

convirtiéndolo

en

amoníaco, utilizándolo en a

síntesis e aminoácidos, ro-

teínas, nucleótidos

y

ácidos

nucleicos. Finalmente,

estas

moléculas,

omo otros componentes

de las células

otótro-

fas,

son consumidas

por

los quimiótrofos.

El

nitrógeno

es

convertido de nuevo

en amoníaco y

eventualmente

en ni-

trato

-por

microorganismos

del sueloen el

último

caso-.

El

dióxido de carbono,

el oxígeno, el nitrógeno

y

el

agua circulan de esta orma

continuamente

entre

el mun-

do de los fotótrofos y

el de los

quimiótrofos,

siempre

en-

trando

en

la

esferade los

quimiótrofos

como

compuestos

ricos

en energía

y

dejándola

olra vez en una forma pobre

en energía.Los

dos

grandesgrupos

de organismos

se

pue-

den imaginar

como si cada uno

viviera una relación

sim-

biótica con el otro,

con un flujo cíclico

de

materia

y

un flu-

t20

Capitulo Bioenergetica:

l lujo eenergía

n acélula

8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

http://slidepdf.com/reader/full/capitulo-v-bionergetica-el-flujo-de-energia-en-la-celula 7/24

jo

unidireccional

e

energía

omo

componentes

e esa

simbiosis.

Cuando

ratamos

el flujo

macroscópico

lobalde ma-

teria

y

energía

n

os organismos

ivos,

nos encontramos

la biología

celular

nteractuando

on

a ecología.

os eco-

logistas stán

muy

preocupados

or

os

ciclos

de energía

de

nutrientes,

el

papel

de

diversas

species

n

estos iclos

y

los factores

medioambientales

ue

afectan

al flujo.

A nivel

celular,

uestra

principal

preocupación

scómo

el flujo

de

eqergía materia

ue

hemos

onsiderado

escala

acros-

cópica

se

puedeexpresar

explicar

a escalamolecular,en

términos

de

ransacciones

e

energía

de

procesos

uími-

cos

dentro

de

as células.

Por tanto,

para dar

cuentade

es-

tosciclos,

ejamos

osciclos

macroscópicos

ara os'ecolo-

gistas

y

dirigimos

nuestra

atención

a

las reacciones

ue

suceden

entro

de

as células

ndividuales

de

asbacterias,

plantas

y

animales.

Primero,

sin embargo,

ebemos

ami-

liarizarnos

con

los

principios

ffsicossubyacentes

las

transacciones

e

energía

paraello nos

dirigimos

al tema

de a

Bioenereética.

'r

Bioenerg étíca

Los

principios

que gobiernan

l

flujo de energía

e

nclu-

yen

en

un área

de

a ciencia

que el

qulmico físico

denomi-

na ermodinámica.

Aunque

el

prefijo termo-sugiere

ue el

término

se

imita

a calor

y

éste

sde

hecho u

origen

his-

tórico),

a termodinámica

ambién

iene

en

cuentaotras

formas

de energía

procesos

ue

convierten

a energía

e

una

orma

a otra.

En concreto,

a termodinámica

eocupa

de as

eyes

ue

gobiernan

as ransacciones

e energía

ue

inevitablemente

compañan

a la mayoría

de

los

procesos

fisicos

a todas

as

reacciones

uírnicas.

a Bioenergética,

en cambio,

e

puede

onsiderar

omo

una

termodinámica

aplicada,estos, eocupade a aplicación e osprincipios

de

a termodinámica

as

eacciones

procesos el mun-

do

biológico.

Palaentender

lflu¡o de

enet$a,

neces¡tamos

comprendet

os sistemas,

l

calol

y

el tlabaio

Como

ya hemos

visto,

esútil definir

la energía

o simple-

mente

como

a capacidad

e

hacer

n trabajo

sino

especí-

ficamente

omo

a capacidad

e causar

ambios.

Sin

ener-

gía, odos

os

procesos

e

colapsarían,

ncluyendo

aquellos

asociados

on

ascélulas

ivas.

La energia xisteen diversasormas,muchasde ellas

de

interés

para

os biólogos.

Piense,

or ejemplo,

en

la

energía

que representa

n

rayo de sol,

una

cucharada

e

azucar,

n flagelo

en

movimiento,

un electrón

excitado,

la

concentración

e

oneso

moléculas

equeñas entro

de

una célula

o

en un orgánulo.

Estos

enómenos

on diver-

sos,

ero odos

ellosestán

obernados

or

ciertos

princi-

piosbásicos

e energética.

La energia

edistribuye

por

todo

el universo

esne

sario

considerar

a energía

otal del

universo

para

algun

propósitos,

or

lo

menosde

manera

eórica.

Normalme

te, sin

embargo,

stamos

nteresados

o en el

universo

su

conjunto

sino en

una

pequeña

porción

de é1.

Podr

mos,

por ejemplo,

ocuparnos

e

una

reacción

proc

que ocurriera

en

un vaso

de

precipitados

con

produc

químicos,en

una célula

o en

un bloque

de

metal' Por co

vención,

a

porción limitada

de

universo

que

uno de

considerar

en el momento

se

denomina

sistema

y

al re

deluniversoe denominamos ntorno. A veces, l siste

tiene

una

frontera

natural, como

un

vasode

precipita

de

vidrio

o la

membranade

una

célula.

En

otros

caso

frontera

entre

el sistema

su entorno

esuna hipótesis

q

uno

sóloutiliza

por

comodidad

n

a discusión,

omoe

frontera

maginaria

alrededorde

un

mol de moléculas

glucosa

n una

solución.

Los sistemas

uedenser abiertos

cerrados,

ep

diendo

de

si

pueden

no

intercambiar

nergía on su e

torno

(Figura

5.7).IJn

sistema

errado

stáaislado

e

entorno

y

no

puede ecibir

ni liberar energía

n ningu

forma.

IJn sistema

bierto,

por

otro

lado,

puede

ecib

perderenergía. omoveremosmás arde,osniveles eo

ganización

ue muestran

ordinariamente

os sistemas

lógicos

on

sólo

posibles ebido

a

que

ascélulas

orga

mos son

sistemas

biertos,

apaces

anto

de a captac

como

de a

iberación

eenergía.

oncretamente'

os

sis

masbiológicos

equieren

un influjo

constante

e energ

a

gran

escala

esde

u entorno'

anto

para alcanzar o

paramantener

os

niveles e

complejidad

ue esson

p

pios.

Es

por

eso

por

lo

que

as

plantas ecesitanuz sol

usted

necesita

limentos.

Cuando

hablamos

ácerca e

un sistema,

enemos

q

ser cuidadosos

ara especiñcar

l

estadodel sistema

dice

queun sistema

stá

en un

estado

specífico i cadau

desus ropiedadesariablestales omo emperatura,

sión

y volumen)

se

mantienen

onstantes

on

un valor

pecífico.

En tal situación,

el contenido

de

energía otal

sistema,

unque

no es

directamente

medible, iene un

Ior único.

Si entonces

l sistema

ambia

de un

estado

o

como

resultado

de las

nteracciones

ntre

el sistema

entorno,

el cambio

en su energía

otal

sedeterminaráú

camente

por los estados

nicial

y

final

del sistema no

verá

afectado

n absoluto

por

el

mecanismo

ue

ha

ge

rado

el cambio

ni

por los

estados

ntermedios

travé

los cuales

uede

pasarel sistema.

staes una

propie

muy

útil

debido

a

que permite calcular

as variacione

energía

artiendg olamente

el

conocimiento

e os e

dos

nicial

y

final.

El

problema de

hacer

el seguimiento

de

las varia

del

sistema

su

efecto obre

os

cambios e

energla e

p

de

simplificar

i

una o

másde

asvariables e

mantie

constantes.

fortunadamente,

steesel

casode mucha

las eacciones

iológicas,

ebido

a

quenormalmente

den

en soluciones

diluidas

dentro

de células

que

se

Bioenergética

8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

http://slidepdf.com/reader/full/capitulo-v-bionergetica-el-flujo-de-energia-en-la-celula 8/24

(a)

Sistemaabierto

cuentran proximadamente

a misma

presión

tempera-

tura a

lo largo

del cursode a reacción.

stas ondiciones

ambientales, sícomo el volumencelular, ardan en cam-

biar en

comparacióncon a velocidad

de las reacciones

biológicas.Esto quiere

decir

que

tres

de as variablesmás

importantes el sistema

e las

que

se

ocupan

os

fisico-

químicos

temperatura,

presión

volumen-

semantie-

nen esencialmente

onstantesn a mayorlade

as eaccio-

nesbiológicas.

El ntercambio

e energía ntre

un sistema su entor-

no se

produce

de dos ormas:

omo calory

como rabajo.

El

calor es a transferenciae energía

e un lugar a

otro

como resultado

de una diferencia e emperatura

entre os

dossitios. a ransferencia

ssiempre spontánea

esde l

lugar más

calienteal más frío. El

calor es una forma

de

energía extremadamente til para muchas máquinas y

otros

aparatos

iseñados

ara

levar

a cabo rabajosmecá-

nicos.

Sinembargo, uutilidad

biológica s imitada

aque

la mayoríade os

sistemas iológicos peran

bajo condi-

cionesen las

que

Ia temperatura

se mantiene ija

o varía

mínimamente.Estos

sistemas

sotérmicos arecende los

gradientes

e emperatura

ecesariosara

convertirel ca-

lor

en otras uentes e energía.

omo resultado, l calor

no

es una fuente

de energía ti l

para

as

células, unque

se

puede

tilizar

para

propósitos

ales omoel mantenimien-

to de la temperatura

orporal

o atraer a

polinizadores

comohemos puntado

reviamente.

En los sistemas iológicos, l trabajo es el uso de a

energía

ararealizar

ualquier

proceso

istinto del lujo de

calor.Por

ejemplo, e ealiza n

trabajocuando os múscu-

los de u brazogastan

nergía

uímicapara

evantarestei-

bro.Cuando na hojade maíz

usa a energía

e

a uzpara

sintetizarazúcaro cuando

una anguila

eléctricautiliza os

gradientes

e concentraciónónicos

del

ejido de su elec-

troplaca

pára provocar

un choque

eléctrico.Nos nteresa-

Entorno

Figura

.7 Sistemas

bierto

cenado, Un sistema

esesa

porción

del universo

en

consideración.El resto

del

universo

se denomina el

entorno

del sistema.

a)

Un

sistema

abierto

puede

intercambiar

energíacon su

entorno,

mientras

que

(b)

un

sistema

cerrado no

puede.

EI

sistemaabierto puede

usar a

energía ecibida para

aumentar

su orden, disminuyendo de ese

modo

su entropla. El

sistema

cerrado

iende hacia el

equilibrio

y

aumenta

su

entropla.Todos os

organismos

vivos son

sistemas biertos,

que ntercambian

energía

libremente

con su entorno.

(b)

Sistema errado

remos

rincipalmente

n a

cantidad isponible

e energía

útil

para

realizar

rabajocelular

cuandoempecemos

cal-

cular asvariaciones e energía sociadoson as eaccio-

nesespecíficas

ue

as

célulaslevan

a cabo.

Para uantificaras

variaciones

e enersía urante

as

reacciones

uímicas

osprocesos

ísicos elesitamos

ni-

dades n as

que

se

pueda

expresara

energía. n

química

biológicaasvariaciones

e energía

eexpresan sualmen-

te en érminos de calorla

(cal)

que

sedefinecomo

a canti-

dad

de energía

ecesariaara

calentar

n

gramo

de agua

un

grado

centígrado

concretamente

esde14,5

oC

hasta

15,5

C)

a I atmósfera

e

presión.

De

nuevo íjese

n que

la unidad

de

medida

de energía,

omo el mismo

érmino

termodinámica,

ebasaen el calor, ero

seaplica

normal-

mentea todas as ormas

de energía.)

na unidadalterna-

tiva deenergía, l ulio (f), es apreferida or os isicos se

usaen algunosextos

ebioquímica. a conversión

s

sen-

cilla:1 cal 4,184L

ó

|

J

:

0,239cal.

Lasvariaciones

e energía

e miden frecuentemente

por

mol, y la forma

máscomún

en

que

encontraremos

as

unidades e energía

n

química

biológica

erá omo

calo-

rías

o

a veces ilocalorías)

or

mol

(callmol

o kcal/mol).

(Sea

uidadoso

ara

diferenciar ntre a

caloríaal

comose

defineaquí

yla

Caloríanutricional,

ue

seusa recuente-

mente

para

expresar l contenido

nergéticoe os

alimen-

tos.La

caloría

utricional

se epresenta

on una

C

y

esen

realidad nakilocaloríacomo

edefineaquí.)

La

ptimem

eyde a

ermodinámicaos

d¡ce

que

a

enefgfa e consetva

Muchode o

que

entendemos

e os

principios

ue

gobier-

nan

el

lujo

de energía

uede

esumirse or

as

res eyes

e

la ermodinámica. e

ellas ólo a

primera

y

la segunda

on

de especial elevancia

ara

el biólogo

celular.La

primera

122

Capítulo Bioenergetica:

l lujo e

energían acélula

8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

http://slidepdf.com/reader/full/capitulo-v-bionergetica-el-flujo-de-energia-en-la-celula 9/24

ley de

a termodinámica

es

lamada

ey de

conservación

e

la energía.Dicho

implemente,

a

primera ey

establece

ue

en todo

cambio

químicoo

ísico

a

cantidad

otal de

energía

en

el universo

ermanece

onstante,

unque

a

orma

de

a

energía

uede

ambiar.

O, en otras

palabras,

a energía

ue-

de

convertirse

e una

orma

en otra

pero

nunca

puede

rear-

seo

destruirse.

Si

está amiliarizado

con

la conversión

de

masa

en energía

ue

ocurre en

las

reacciones

ucleares,

reconocerá

ue

una

definición

másexacta

endría

en cuen-

ta tanto

a

masacomo

a energía.

in

embargo,

ara

os

propósitosde

la química biológica a ley es adecuadaal

como

seha expresado.)

plicada

al universo

en conjunto

o

a

un sistema

errado,

a

primera

ey significa

que a canti-

dad otal

de energía

resente n

odas us

ormasdebe

er

la

misma

antes

después

e

que

ocurra

cualquier

roceso

o

reacción.

plicada

un sistema

bierto

al como

una cé-

lula, a

primera ey dice

que

durante

el curso

de

cualquier

reacción

proceso,a cantidad

otal de

energía

ue

sale

del

sistema

debe

ser exactamente

gual a la energía

que

entra

en el sistema

menos

cualquier

energía

ue

quede

atrás

que

por

tanto

sealmacenará

n el

sistema.

La energía

otal

almacenada

entro

de

un

sistema e

denominaenergíanterna delsistema,epresentadaor el

símbolo

E Normalmente

o nos

preocupamos

or

el valor

concreto

de E

para

un sistema

orque

ese

alor

no

puede

medirse

directamente.

in embargo,

s

posiblemedir el

n-

cremento

e a

energía

nterna,

AE,

que

ocurre

durante

un

proceso

ado.

AEes

adiferencia

ntre

a energía

nternadel

sistema

ntes

el

proceso

E,)

y después el

proceso

Er):

A,E :

k -

E t

(s. t )

La

Ecuación .1

esválida

para odos

os

procesosísi-

cos

y

químicosbajo

cualquier

ondición'

Para

una

reac-

ción

química

podemos scribir

AE : Eprodu.tos- Ereactivos 6'2)

En el

caso e

reacciones

procesosiológicos

stamos

usualmente

más nteresados

n

a variación

de

a entalpla,

o cantidad

e

calor.

a entalpía

e epresenta

or el símbo-

lo I{

(de

heat,calor)

y

se

elaciona

on a

energía

nterna

E

por

un

término

que

combina

anto

a

presión

P)

como

el

volumen

V) :

H :

E - t P V

(s.3)

A diferencia

de

muchas

eacciones

uímicas,

as reac-

ciones

biológicas

ocurren

generalmente

on

cambios

pequeños

nulos anto

de

a

presión

normalmente

at-

mósfera)

omo

delvolumen.Demanera ue,para as eac-

ciones

iológicas,

anto

AP como

AVson

normalmente

(o

al menos

despreciables),

podemos scribir

AH:

AE+A(PV):

AE

(s .4)

Por tanto,

os biólogos

determinan

utinariamente

as

variaciones

e

la cantidad

de calor

para

as reacciones

e

interéscon

a

confianza

de

que

os valores

son estimac

nes

válidas

de AE.

La

variación

de

a entalpía

que

acompaña

una rea

ción

específica

ssimplemente

a diferencia

entre

a

can

dad

de calor

entre

os

reactivos

los

productosde a rea

ción:

AH: Hproarctos

-

Hreactivo,

(5.

El valor

de

AHpara un

proceso reacción spec

será

positivo o

negativo.

Si a cantidad

de calor

de os

pr

ductos

es

menor

que a de os reactivos,Hseránegativ

se

dice

que

a

reacción s

exotérmica.

i

a cantidadde ca

de os

productoses

mayor

que a de

os reactivos

A.Fl

s

positiva

y la reacción

sendotérmica.

or anto'

el valor A

para

una

reacción

s simplemente

na

medidadel ca

que

es

iberado

o absorbido

or

esa

eacción

para

valo

de

AH negativos

positivos, espectivamente)

al

com

ocurre

bajo

condiciones

e temperatura

presión

co

tantes.

La segunda

ey

de a temodinámica

osdice

que

as

reacc¡ones

ienendireccionalidad

Hasta

l

momento,

odo

o

que a termodinámica

a po

do decirnos

s

que a energía

econserva

uando uced

proceso una

reacción

que

toda

a energía

ue

entra

un

sistema

ebe

o ser

almacenada

entro

del sistema

berada

de

nuevo

al entorno.

Hemos

visto

la utilidad

AH

como

una

medidade

cómo

a entalpíaotal

de un s

tema

cambiaría

i

un

proceso

dado

ocurriese,

ero

tenernos

odavía

na

forma de

predecir

i el

proceso

c

rrirá de

hecho,

en

qué

medida

bajo

ascondiciones

nantes.

Tenemos,

l

menosen algunos

asos,

na

dea ntu

va de

que

algunas

eacciones

procesos on

posib

mientras ueotrosno.En cualquier aso) stamosast

te seguros

e

que

si acercamos

nacerilla

a una

hoja

de

p

pel,

se

quemará.La

xidación

e celulosa

dióxidode

c

bono

y

agua

es,

en otras

palabras, na

reacción

osible

para

utilizar

una erminología

más

precisa,

suna

eac

espontánea

ermodinámicamente.

n el contexto

de a t

modinámica,

l término

espontáneo

iene un signific

específico,

estringido

ue

es

diferente e

su usocorrie

La espontaneidad

ermodinámica

esuna

medida de s

reacción

el

proceso uedeproducirsepero

o dice

nad

si se

roducirá. uestra

ojade

papel lustra

bien este

u

to. La

oxidación

e

a celulosa

sclaramente

na

reac

posible,

ero

sabemos

ue

no

pasa

porque

sí>;

ecesi

gún impulso

-una

cerilla,en

este aso oncreto-.

No sóloestamos

onvencidos

e

que

a hoja de

pape

quemará

i seenciende,

ino

que

sabemos,

unque

sólo

intuitivamente,

que

existedireccionalidad

n

a

propied

En otras

palabras, stamos

gualmente

onvencidos

e

q

la

reacción

ontraria

no ocurrirá

-de

que

si

nos

qued

mos sujetando

os restos

arbonizados,

l

papel

no se ol

Bioenergética

8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

http://slidepdf.com/reader/full/capitulo-v-bionergetica-el-flujo-de-energia-en-la-celula 10/24

ría

a unir en nuestrasmanos

de manera

espontánea-. En

otras

palabras,

enemos

una idea

tanto de Ia

posibilidad

como de la direccionalidad

e la oxidación

de a celulosa.

Probablementeuedepensar

en otros

procesos

ara

los

cuales e

puedan

hacer

estas

redicciones

ermodiná-

micascon gual

seguridad.

abemos,

or

ejemplo,

ue

as

gotas

de colorantedifunden

en el agua,

que

os

cubosde

hielo se unden a temperatura

ambiente que

el azú.car

e

disuelve n el

agua

podemos

además efinir estos

conte-

cimientos omo termodinámicamentespontáneos.ero

si

preguntamos or

qué

os reconocemos

omo tales, a

respuesta

iene

que

ver

con experiencias revias

epetidas.

Hemos istoquemarpapel,

undirse

ubitos

e

hieloy

di-

solverse zúcaÍ,el suficiente

número

de veces omo

para

saber, e forma intuitiva, que

son

procesos ue

realmente

ocurren tan

predecibles

ue

os

podemos

tiquetar omo

espontáneosonociendo

implemente

ascondiciones.

Sin

embargo, uandonos

trasladamos

el

mundo

de

los

procesos

fsicos amiliares

a

la

esferade las reacciones

químicas

en ascélulas,ápidamente

escubriremos ue

no

podemos

depender

de experiencias revias

a la hora

de

guiarnos

nnuestras

redicciones.

onsidere,

or

ejemplo,

la conversión eglucosa- osfatoen fructosa- fosfato

glucosa-6-fosfato;-fructosa-6-fosfato (5.6)

La glucosa

suna

aldosa e seis arbonos

la fructosa

essu equivalente

eto

véaseFigura

.21).Lasdos

pueden

formar un enlace

osfoéster ntre

una molécula

de ácido

fosfurico

fosfato)

el

grupo

hidroxilo

del

carbono6 del

azúcar, ando lugar

a compuestos osforilados.

La

Reac-

ción 5.6 mpl ica

ademása ínterconversión

e

un aldoazú-

car osfóriladoy

el correspondiente

etoazicar

osforilado,

comosemuestra

n a Figura

5.8.

Estaparticular

nterconversión

suna reacción

mpor-

tanteen odas ascélulas. e hecho,

s

el segundo

aso

de

una secuencia e reaccionesmportante

y

universal

deno-

minadavía glicolítica.Además

e lustrar

un

principio

ter-

modinámicomportante,a

Reacción

.6nos ntroduce

n

poco

en la

química

celular, o

que

nos

resultará

útil más

tarde. Por el momento,

sin embargo, amos

a centrarnos

en la reacción

desdeun

punto

de vista termodinámico,

y

en

preguntarnos

uépredicciones

e

pueden

acer

acerca

de a probabilidaddeque a glucosa-6-fosfatoeconvierta

en fructosa-6-fosfato.

robablemente

o sabrá

acer

pre-

dicciones

de ningún tipo.

Sabemoso

que

pasará

on el

papel

quemado

o con

el

hielo

fundido,

pero

nos falta

la

familiaridad

y

la

experiencia

revia

con os azúcares

osfo-

rilados omo

para

hacer nasuposición

nteligente.

lara-

mente, o

que

necesitamos

sun medio

iable

para

deter-

minar

si un cambio ísico

o

químicopuede

suceder

ajo

condiciones

específicas in tener que

depender

de expe-

riencias revias,

e a familiaridad

de

a ntuición.

La termodinámica os proporciona

exactamente

sa

medidadeespontaneidad

n a segundaleydelatermodi-

námica o la ley de a

espontaneidad

ermodinómica.

omo

veremos n breve,a segundaeysepuedeexpresar edife-

rentesmaneras.

inembargo,a

mássencilla

s a

que

nos

dice

que

en cadacambio

ísico

o

químico,

l universo

iempre

tiendehacia el mayordesorden

aleatoriedad.

a

segunda

ley

es útil

para

nuestros ropósitos

orque

nos permite

predecir

n

qué

dirección

uede

discurriruna

reacción

n

condiciones

specíficas,uánta

nergíaiberará

a reacción

si se ealiza

cómo afectarán

os valoresenergéticos

e a

reacciónos

cambios specíficos

e ascondiciones.

Un

punto

importante a

destacar s

que

ningún

proceso

ni reacción

esobedecea segunda

ey de Ia termodinámica,

I

I-H

H-'J-oH

" l

O--C-H

o l

H _ C - O H

H-uA-oH

o

u-'J-o-

[-o-

OH

c - H

t l

c-oH

I

H O - C - H

I

H - C - O H

I

H - C - O H

o

t t l

n - u - u - r - u

H O - C - H

I

H _ C _ O H

I

H - C - O H

o

. l t l

r r ^

n - v - u - r - u

t-.1 a\-

r l

H O -

t l

H O -

Glucosa-6-Fosfato

Enediol

intermedlarlo

Fructosa-6-Fosfato

Figura5.8 La nterconvetsión

e

glucosa-6-fosfato

fiuctosa-6-fosfato,

Esta eacción mplica la interconversión

de as

formas fosforiladas

de un aldoazúcar

glucosa)

y un cetoazúcar

fructosa).

La reacción

se cataliza

por

una enzima denominada

fosfoglucoisomerasa

y

es

ácilmente

reversible.

La reacción

se

produce

por

medio de un intermediario,

denominado enediol que

se une ala

enzima,ya que

tiene

un doble enlacecarbono-carbono

(<ene>)

on dos grupos

alcoholes

<diob>)

unidos. Esta eacción esparte

de a vía glicolítica,

como

veremosen el Capítulo

9.

Capítulo Bioenergetica:

l

lujo

eenergía

n

a

célula

8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

http://slidepdf.com/reader/full/capitulo-v-bionergetica-el-flujo-de-energia-en-la-celula 11/24

Algunos

procesos

uedeparecer

que

o hacen

porque ob-

tienencomo

resultado

más

orden

en vezde

menos.Piense,

por

ejemplo,en el

aumentodel orden cuando

seconstruye

una

casa) uandose

impia una habitación

o cuandoun ser

humano se

desarrolla

partir

de un óvulo.

En cadauno de

estos asos,

in embargo,

l aumentodel orden

se imita

a

un sistema

specífico

la

casa,

a habitacióno el embrión)

y

es

posible

solamente

porque

es un sistema

abierto,

de

manera

que

la energíase

puede

añadir desde

el exterior

por medio de unasierraeléctrica,os músculosde us bra-

zoso

por los nutrientes

que aporta a madre.

El

aporte

de

energía

ignificaa su vez

que

seestá

produciendoun des-

orden

mayor en otro

lugar del universo,

omo el agua

que

fluye a travésde

as urbinas de trna

planta

hidroeléctrica

para

mpulsar

a

sierra,

por

ejemplo,o

como

que

consuma

y

digiera

una bolsade

patatas

ritas

para mpulsar os mús-

culosde susbrazos.

La entropía

la

energfa

ibreson dos medios

ltemativos

para

evaluar

a espontaneidad

ermodinámica

La espontaneidad

ermodinámica

si

una reacción

uede

produclrse- puedemedirsepor las variaciones n cual-

quiera

de

estos os

parámetros:ntropíao nergíalibre.Es-

tos conceptos

on abstractos

pueden

ser

algodificilesde

entender.

Por

tanto,

limitaremos

nuestra discusión a

su

uso en

a determinación e

qué

cambios

pueden

producir-

seen os sistemas

iológicos.Como

ayudaadicionaf

véase

el

Anexo5A

para

un ensayo

ue

usa

rijoles saltarines

ara

introducir

los conceptosde energía

nterna, entropía

y

energía

ibre.

Entlopia. Aunque

no

podemospercibir a

entropía

direc-

tamente,

nos

podemos

haceruna

idea de ella considerán-

dola como una

medida de aleatoriedad

desorden a en-

tropía se representapor el símbolo S. Para cualquier

sistema, l incremento

e entropía,

$ representa n cam-

bio en el

gradode aleatoriedad desorden

e

os

compo-

nentes

el sistema.

or

ejemplo,la

combustión

el

papel

implica ott uottt.nio

de la entropía

porque os átomos

de

carbono,oigeno

e hidrógenode a celulosa

na vez con-

vertidos

en dióxido de carbono

y

agvaestán

distribuidos

mucho másaleatoriamente

n el

espacio. a entropía am-

bién aumenta

al fundirseel

hielo o cuandosedeja evapo-

rar un solvente

olátil como

a gasolina.

La vadación e

la

entropía

omomedida e

la espontaneidad

temodinámica.¿Cómo uede a segundaey de a termo-

dinámicaayudara

predecirqué

cambiosocurrirán

en una

célula?

Hay

una

relaciónmuy

importante entre

os

sucesos

espontáneos

lasvariaciones e a entropía

orque

siem-

pre que

ocurre

un

proceso

n

a naturaleza,a aleatoriedad

o desorden el universo

es

decir, a entropía

del

universo)

aumenta

nvariablemente.

sta

es

una de as dos

maneras

alternativas e expresar

a segundaey de

a termodinámi-

ca.

De acuerdo

con esta ormulación,

todos os

proces

reacciones

ue

ocurren spontóneamente

roducen

n aume

to en

la entropía otal

del universo.O, en otras

palabra

yalor

de

ASoni,..ros

positivo

para

todo

proceso

reacc

real.

Tenemos

ue

recordar, in embargo,

ue

esta

ormul

ción

de a segunda

ey se efiereal universocomo un tod

y podría

no ser aplicableal

sistema specífico n consid

ración.

Todo

proceso eal,sin excepción, ebeacompañ

sede un aumento

de

a

entropía

del universo,

ero para

u

sistemadado, a entropía puedeaumenta¡ disminuir

permanecer

gual como resultadode

un

proceso

espec

co.

Por ejemplo,

a combustióndel

papel

esclaramente

pontánea seacompaña

e un aumento e a entropía

d

sistema.

orotro

ado, a congelación

elagua

-0,1

oC

también

un suceso spontáneo

unque

mplica :una

ism

nución

en a entropía

del sistema.

sto iene

sentidocua

do seconsidera

l

mayor ordende as

moléculas

e agua

los cristales e

hielo. Por tanto,

mientras

que

el cambio

la

entropía

del universo

esuna medida

válida de a

espo

taneidad

de un

proceso,

l cambioen

a

entroplade un s

tema

no lo es.

Expresara segundaeyen érminosde variaciónde

entropía

iene

por

tanto

un valor imitado

parapredeci

espontaneidad

e os

procesos

iológicos,

a que

reque

ría

registrar

os cambios

que

ocurren

no

sólo dentro d

sistema ino

ambiénen su entorno.

Serlamucho másco

veniente

un

parámetro

que permitiera

a

predicción

de

espontaneidad

e

las reacciones

partir

de la conside

ción del sistema

olamente.

Enel$a

lbre. Como

puede

suponer,

xiste

olamente

medidade

a

espontaneidad

ara

el sistema.

e

lama

en

gía

übre

y

fue representada

on el símbolo

G

por

Willa

Gibbs,

quien

fue

el

primero

en desarrollarel concep

Dado su valor predictivoy su facilidad de cálculo, a u

ción de energía

ibre esuno

de osconceptosermodinám

mós útiles

en biología.

odríamos ncluso argumentarq

toda

nuestradiscusión

obre ermodinámica

hasta

aquí

sido

en realidaduna

manerade

levarnoshasta a

ener

libre,

ya que

esaquí

dondesehaceaparente

a utilidad

de

termodinámica

paralos

biólogos

celulares.

Como

la

mayoríade as demás unciones

ermodin

micas a energía

ibre sedefinesólo

en érminosde relac

nes

matemáticas.

ero

para

sistemas iológicosa

presi

volumen

y

temperatura constantes,

a variación

de

energíalibre,

DG, se

elaciona on as

variaciones

e a e

talpiay

la entropía

por

la fórmula

AH: AG

+

TAS

AG:AH - T AS

(s

(s

donde

AHes el incrementode

entalpla,AG es a variac

de

a energíaibre,

AS esel cambioen

a

entropía, T es

temperatura

el sistema n

gradosKelvin

(K

:

'C

+

27

Bioenergética 1

8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

http://slidepdf.com/reader/full/capitulo-v-bionergetica-el-flujo-de-energia-en-la-celula 12/24

Anexo

Los

rruJoLES

sALTARTNES

LA

ENERcÍR

rsne

Si considera

ue

os conceptos

e energía

ibre,

entropía

y

constante

e equilibrio

son diffciles

de

comprender, uizás

una

simpleanaloglapodria

a¡rdar*.

Paraello,

necesitaremos

n

puñado

maginario

de rijoles

saltarines, ue

son

en realidad

semillas

e algunos

arbustos

mexicanos,

on arvas

en su

interior

de a

polilla

Laspeyresia

altitans.

Cuando

a arva que

se

encuentra nel nterior de a semillasemueve,assemillas e

mueven

ambién.

La acción

de

<saltar>

robablemente

irve

parc

alejar

a

a

arva de

a luz

directadel

sol,

que

a calentarla

hasta emperaturas

etales.

La eacción

e

saltar

Para lustrarlo,

magine

que

enemos

rijoles

saltarines

ltamente

activos n

doscámaras

eparadasor

un pequeño

abique

como

semuestra

en a figura.

Observe ue

as

cámaras

ienen a

misma

superficie

e

suelo están

l mismo

nivel,aunque

ariaremos

ambas

propiedades

en breve.Thn pronto

como

situemosun

puñado

de frijoles

saltarines

en a cámara

número

l, empezariín

a saltar

de manera

aleatoria.

Aunque

a mayoria

de os

frijoles

saltarán

sólo a una

altura moderada

a

mayor parte

del

tiempo,

de

manera

ocasional,alguna

de ellas,en

un alarde

de ambición,

dará un salto másenergético, encerá a barrera y caeráen a

cámara

número

2. Lo escribiremos

como la

reacción

e salto:

Frijoles

en a

cámara1

-

Frijoles

enla

cámara2

Imaginemos

stocomo

un acontecimiento

bsolutamente

aleatorio, ue

sucede

ntervalos

rregulares poco

recuentes.

Ocasionalmente

no de

os frijoles que

ha

alcanzado

a

cámara

número

2 casualmente

altahacia

a cámara

número

l,lo que

supondrla a

reacción

ontraria.

Al

principio,

por

supuesto,

habrámás

rijoles

saltando

de a cámara

ala2yaque

hay

más

frijoles

en a

cámara ,

pero

ascosas

inalmente

se epartirán

por

igual,

de orma que,

aproximadamente,

abrá

el mismo

,

nrlmero

de rijoles

en os

dos

compartimentos.

l sistema

stará

entonces

n equilibrio.

os rijoles

odavía

continuarán

saltando

entre asdos

cámaras,

ero

el número

de

ellossaltando

en asdosdireccioneseráel mismo.

ll-t

Laconstante

e

equilibrio

Unavez que

nuestro

sistema

stáen

equübrio, podemos

contar

el número

de frijoles

en cada

cámara

expresar

l resultado

como el

cociente

ntreel número

de rijoles

enla cámara2y

el

número

de rijoles

en a

cámara

1.Esto

es,sencillamente,

a

constanteeequilibrioK"npara a reacción e salto:

,- _

número

de rijoles

en a cámara

2 en

el equilibrio

cq

número

de rijoles

en a

cámara

1 en el

equilibrio

*

Agradecemos

Princeton

(Iniversity

Press

a autorizaciónpara

usaresta nalogía, ue

Harold

F. Blunt desarrolló or primera

vez

en eI ibroTime's

arrow

and Evolution

(3rd

ed, 1968),

p.

17-26.

Para

el caso

concretomostrado

en a columna

anterior,

el

número

de rijoles

en as

dos cámaras

s

el mismo

en el estado

de equilibrio,

de forma

que

a constante

e equilibrio para

a

reacción

de

saltoen estas

ondiciones

s 1.0.

Variaciones

e entalpía

AH)

Ahorasupongamos ueel nivel de a cámara estáalgomás

alto

que

el de

a cámara2,

omo se

muestra

en el siguiente

diagrama.

os rijoles

colocados

n a cámara

tenderán

de

nuevoa

distribuirse

entre ascámaras

y

2,pero

en esta

ocasión

senecesita n

saltomayorpara pasar

de acámarc2

ala cámarc

1

quepara

pasar

de a

L ala2,

de orma que

esto

ultimo pasará

con

mayor recuencia.

l resultado

erá

que

habrá

más

rijoles

en Ia

cámara2 que

en a 1

en el equilibrio.

Y

la constante

e

equilibrio serápor

tanto

mayor que

1.

- -

+-+

2

Lasalturas elativas

e as

dos

cámaras e

pueden

considerar

como medidas

dela

entalpía,

contenido

emlor

(IJ),

dela

cámara,

or

lo que

a

cámara

tiene un

valor de

Hmás

alto

que

el de a cámara

,

y

la

diferencia

entreellas

se epresenta

omo

AH.

Ya

que

el

saltode a

cámara

a a cámara

2 esmás

ácil,

tiene

sentido

que

el AHtenga

un valor negativopara

a reacción

de salto

de a cámara

a a

cámara2. De

manera

simila¡ parece

razonable ue

AFfpara a

reacción

ontraria

endrla

un valor

positivo

porque

el salto

esmásempinado.

Variaciones

e entropía

AS)

Hasta

el momento,parcceria

ue

a

única

cosa

que puede

afectar a distribuciónequilibradade os frljolesentre asdos

cámaras

s a

diferencia

en a entalpía,

A.FLPero,

eso

essólo

porque

hemos

mantenido

constante

l

área el suelo

de

as dos

cámaras.

magine,

en cambio, a

situaciónque

se

muestra

debajo, onde

asdos cámaras

ienen

otra vez a

misma

altura.

pero

ahora

a cámara

tiene un

áreadel

suelomayor que

a

cámara

. De acuerdo

on esto,

a

probabilidad

de

que

un frijol

seencuentre

n a cámara

2 espor

tanto

mayor,por

lo que

habrámás

rijoles en a

cámara

2

que

en Ia cámara

en el

equilibrio,y

la constante

e equilibrio,

ambién

en este

aso,

será

mayor

que

. Estoquiere

decir que

a

posición

de equilibrio

de a reacción

e

saltose

ha desplazado

acia a

derecha,

ncluso

aunque

no haya

cambiode

entalpía.

rt*nt

2 1 2

El área

del suelo

de ascámaras uede

maginarse

omo una

medida

dela

entropía

aleatoriedad

el

sistema,

S,

y

la

diferencia

ntre asdos

cámaras uede

epresentarse

omo

AS.

126

CapÍtulo

Bioenergetica:

l lujo

de energía

n a célula

8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

http://slidepdf.com/reader/full/capitulo-v-bionergetica-el-flujo-de-energia-en-la-celula 13/24

Dado

que a cámara2 tiene

una superficie

de suelo

mayor

que

la cámara

,la variación

de

a

entropla

es

positivapara a

reacción

e salto

cuandose

produce

de

zquierdaa derecha

n

estas

ondiciones.

ljese n

que

para

AFllos

valores

negativos e

asocian

on

reaccionesavorables,

ientras

que para AS as

reacciones

avorables

e ndican

con valores

ositivos.

Incremento

e

a energía

ibre

AG)

Hastaahora

hemosencontrado

dos

actores iferentes

ue

afectana

a distribución

de os frijoles:

la diferencia

de nivel

entre

as dos cámaras

A¡0

y Ia diferencia

en a superficie

el

suelo

AS).

Además, ebe

quedarclaro,

que

ninguno

de esos

factores

or

sl

mismo esun

indicador

adecuado e

cómo se

distribuirán

os frijoles en el equübrio,

porque un

Alf favorable

(negativo)

uede

ser

evertido

de sobra

por

un

AS desfavorable

(negativo),

un

AS avorable

positivo)

podría ser evertido

de

sobra

por

un

AFldesfavorable

positivo).

Se

Podría

de hecho

diseñar

condiciones

de as cáma¡as

que

lustrasen

ambas

situaciones,

sícomo

situaciones n

as

que

AHy

AStienden

a

reforzarse

más

que

a

contrarrestarse.

Claramente,

o

que

necesitamos

ssumar

algebraicamente

esos osefectos araver cuál seráa tendencia eta.Lanueva

medida

que aparece e lama

ncremento ela

energíalibrg

LG,

que

resultaserel

parámetro

ermodinámico

más mportante

para

nuestros

ropósitos.AG sedefine

de manéra

que

os

valoresnegativoscorresponden

reacciones

avorables

es

decir,

espontáneas

ermodinámicamente)

los valores

ositivos

representan

eacciones

esfavorables,

or anto,

AG debe ener

el mismo

signo

que AH

(ya

que un AH negativo

es ambién

favorable),

ero

el signo

contrario

que

AS

(ya

que

para

AS el

signo

positivo es avorable).

En términos

de ermodinámica

de

Ia vida

real, a expresión

e AG en

érminos

de AFly AS

es:

AG :

AH

-

TAS

(Fíjese

n

que

a dependencia

e

a temperatura

e AS es

a

única característicae esta órmula queno puedeserexplicada

fácilmente

or

nuestromodelo,

a no ser

que seasuma

que

el

efecto

de os cambios

en el tamaño

de a cámara

eade

alguna

forma mayor.a

emperaturas

más altas.)

AG la capac¡dad

e

realizarrabajo

.

Deberla

poder apreciar a

dificultad de sugerir

un equivalente

ffsicode

AGya

que

representa

a sumaalgebraica

e as

variaciones

de

entropía

y

de energTa,

ue pueden reforzarseo

contrarrestarse

arcialmente

ntre

sl. Peromientras

AG sea

negativa

os frijoles continuarán

saltando

desde

a cámara

hacia

a

cámara2

anto

si son empujadas

rincipalmente

por

cambios

de a entropla,

de a energía

nterna,o de

ambas.

2

Esto

significa

que si colocamos

lgún ipo de

<rueda

de rijoles>

movida

por

frijoles

entre asdos cámaras,

omo

semuestra

abajo,

el movimiento

de

os frijoles de una

cámara acia a

otra

puedeaprovecharse

ara

realízar

rabaio

hastaque sealcance

equilibrio,

punto en el cual

no es

posibleningún trabajo

adicional.

Además,

uanto

mayor sea a diferencia

de

energía

libre entre

asdos

cámaras

es

decir,

cuantomásnegativa ea

AG) más

rabajo

podráreahzar

l sistema.

Por anto,

AG

esen

primer

lugar

y sobre odo una medida

de

a capacidad

e un

sistema

ararealizar rabajobajo

condiciones

specíficas.

e hecho, e

podrla

pensar

en AG

como

a energfa

ibre en el sentido

dela energla

ue

está ibre o

disponible ara realizartrabajo útil. Además, i conseguimos

mantener

AG

negativa ñadiendo

rijo.les ontinuamente a

cámara

1 y

quitándolosde a cámara

2, endremos n estado

estable

inámíco,

na

condición

que aprovecha ficazmentea

tendencia

nexorable

aalcanzar

l equiübrio.

El trabajo

puede

ser ealizado

ntonces

ontinuamente

or

los frijoles

que

está

siempre

altando

aciael equilibrio

pero

que

nunca o alcanz

en realidad.

Mirando

acia elante

Para

anticiparnos

a a transición

entre

a termodinámicade es

capltulo

a Ia cinética

del

siguiente, mpiece

pensar

obre a

velocidad

la

que

os frijoles

pasan

de

a címara I ala cámara

Claramente,

G

mide cuánta

energía e

iberará

si

os frijoles

saltan,

ero no dicenada

en absolutosobre

a

velocidad.

Esta

parecerla epender

e

orm¿ crltica de

a altura de a barrera

entre

asdos cámaras.

onsidere

stocomo a barrerade a

energía e

activación,y

iense

entonces

n medios

por

los

cua

pudierahacerque os frijoles semoviesen obre a barreramá

rápidamente.

Un enfoque

podría

sercalentar

as cámaras, sto

seríaeficazyaque

as arvasde dentro

de assemillas emuev

másvigorosamente

i

se as calienta. as

células,

or

su

parte,

disponen

de un medio

mucho másefectivo

específico e

acelerar

as

eacciones:

ebajan a barrerade activación

usand

catalizadores

lamados

enzimas,

ue

encontraremos

n el

siguiente

apítulo.

Bioenergética

t

8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

http://slidepdf.com/reader/full/capitulo-v-bionergetica-el-flujo-de-energia-en-la-celula 14/24

Fíjese n

que

AG es a

sumaalgebraica e dos érmi-

nos,AHy

-

TAS.Al

igual

que

AH, AS

para

una

eacción

proceso

specífico

uede

ser

positiva

aumento

de Ia

en-

tropía)o negativa

disminución

e

a

entropía).Debido

al

signomenos,

l érmino

-

7AS será egativo

i

a

entropía

aumentao

positivo

si Ia entropía

disminuye.

Visto esto, os valores

para

A,H

y

-

7 AS

pueden

ser

positivos

o

negativos,

on lo

que

el valor de AG

para

una

reacción

ada dependerá e los valoresnuméricos

los

signos e os érminosAH y

-

7 AS

(Figura

5.9).Los

ér-minos

sesumarán i

os

dos ienenel mismo

signo,

ositi-

vo

(Figura

5.9a)

o

negativo

Figura

5.9b).De esta orma,

una

reacción

xotérmica

es

decir,AH

es

negativa) que

produce

un

incremento

e a entropía

es

decir,AS

es

po-

sitiva

-

TAS

es

negativa)

ieneun valor de AG

que

es a

sumade dos érminosnegativos es

por

esomásnegativa

que

cada érmino

(Figura

5.9b).Sinembargo,

i

os

érmi-

nos AHy

-

f AS difierenen

signo, l

valor

de AG tendría

el

signodel

másgrande, ero

suvalorseráa

diferenciant-

méricaentre osdos érminos.Por

eso, na eacción

ue

es

endotérmica

es

decir,AHes positivo),

tienecomo esul-

tado un aumento e a entropía

es

decir,AS es

positivo

- T AS esnegativo),ieneun valor de AG queespositivo

(Figura

.9c)o negativo

Figura

.9d),

dependiendo e os

valores uméricos

e

AHy

-

TAS.

Lavariación

e

a

energfaibre s unamedida

e a espontanei-

dad emodinámica.La energíaibre

esun concepto

e ex-

traordinaria tilidad

y

de ácilmedida

omo

ndicador

de

la espontaneidad.

omo veremos n breve,

AG

para

una

reacción e

puede

alcular

on

acilidad partir

de a

cons-

tante

de equilibrio

para

a reacción

y

a

parfir

de

variables

delsistema e ác ilmedida,ales omo as

concentraciones

(a)

AG

=

AH

-TAS

(endergón ico) (c) AG= AH -TA5

i / o n r lo rn Á n i ¡n \

de reactivos

productos.

Una vez determinado,

AG

pro-

porciona

exactamenteo

que

hemos

stado uscando:

na

medida

de

a

espontaneidadeuna eacción

asada

nica-

menteen as

propiedades

el sistema n el

que

están

cu-

rriendo as eacciones.

Cada eacción spontánea

ecaracteriza

e

orma

es-

pecífica, or

una disminuciónena

energíaibre

delsistema

(AG,¡,.*u

0),así omo

por

tn aumento

e

a

entropía

el

universo

ASoni,..ro

0). Esto es verdadporque,

con la

temperatura la presiónconstantes, G paraun sistema

está

elacionado

on AS

para

el universo

de una manera

simplee

nversa.Estonos proporciona

una

segundaorma

igualmenteválida

para

expresara

segundaey: Todos

os

procesos

reacciones

ue

sucedenemanera

spontónea

b-

tienencomo esultado

na disminuciónde la

energía ibre

delsistema. n otras

palabras,

l valor

para

el LG,,rr"^o

sne-

gativo

para

cada

eacción

proceso

eal.

Táles

rocesos

reacciones

edenominanexergóni-

cos,

que quiere

decir iberadores e

energía. íjese

cuida-

dosamente n

que

se efiere

specíficamentea

variación

en

la

energía

ibre y no

a variaciones

e

a

entalpía

o de

la entropíadel sistema;

stos alores

pueden

ser negati-

vos,positivos, ceroparauna reacción aday por tanto

no son medidasválidasde la espontaneidad.

n

cam-

bio,

cualquier

roceso

reacción ue

uviese

omo esul-

tado un aumentode a energíaibre

del sistema

edeno-

mina endergónico

(que

requiere

energía)

no

puede

continuarbajo

as

condiciones

ara

as

que

sehabía

cal-

culado

AG.

Un

ejemplo iológico

euna eacción xergónica

ería

la

oxidación e

glucosa

dióxido

de carbono

agua:

c6Hr2o6

+

602--+6coz

+

6H2o

*

energía

(5.9)

Figura .9 AGdepende e os signos valores

numéricos e AH

y

del érmino

-

f

AS). El

valor

de AG

para

un

proceso

specífico reacción

s a

suma algebraicade a variación en

la entalpía

(AH)

y del

término entropía dependiente

de temperatura

(-

TAS).

Cuando mbosAHy

-T

AStienen

el

mismo

signo,el valor numérico

de AG será

a suma

de os dos érmin os,

si os dos érmino s

son

(a)

positivos

o

(b)

negativos.

Cuando los dos

términos

difieren en el signo,

el

valor

numérico de AG

será a

diferenciaentre os

dos términos, tanto

si esto

resulta en un AG que

tenga

(c)

valor

positivo

como

(d)

valor negativo.

Las etras en verde

identifican términos que

tienen valoresnegativos,

mientras

que

as e tras rojas

dentifican

términos

que

tienen

valores

positivos.

I

o á

.6

(h

O T

6 ¡ O

O ( U

c >

t n

(/)

F - O

- r - ( Ú

l t E

a

u c )

(g

I

( d ) ^G=^H - r

i / o v a rn Á n i ¡n \

( b ) A G = A H - T

(exergónico)

Capitulo Bioenergetica:

l lujo eener$a

n

a

célula

28

8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

http://slidepdf.com/reader/full/capitulo-v-bionergetica-el-flujo-de-energia-en-la-celula 15/24

Esta eacción

e

puede econocer omo

Ia ecuación

que

resume l

proceso

e

respiración erobia,

través

de

la cual os

quimiótrofosobtienen

energía

partir

de

Ia

glucosa.

La

mayoría e ascélulas

e su cuerpo

están

ea-

lizandoeste

proceso

n este

momento.)

Nos encontrare-

mos otra vezcon

esta eacción

uando ratemos

a respi-

ración aerobia

en el Capítulo

10;

por

ahora

nuestro

interés e

centraen

a energética e

a oxidación

e a

glu-

cosa.Como

lustra

a Figura5.10a,Ia

xidación

e a

glu-

cosa sun proceso ltamente xergónico,on un valorde

AG altamente

egativo. n

a

combustión

e a

glucosa n

condiciones

stándar e

temperatura,

resión

y

concen-

tración,se

puede

demostrar

ue por

cada

mol de

glucosa

oxidada

se iberan 673

kcal de calor,

o

que

quiere

decir

que

AH

parala

citada

eacción

s de

-673

kcal/mol.

El

término

-

T AS se

puededeterminar

de manera

experi-

mental

y

sesabe

ue

corresponde

-

13kcal/mola25

"C,

de

manera

que

se rata de

un ejemplode

una reacción

n

(a)

(b)

Figura .10

Valiaciones n

a enet$a ible

por

a oxidación

sintesis de

glucosa.

(a)

La oxidación

de

glucosaa dióxido de

carbono

y

agua

es una reacción

altamente exergónica,

on un

valor

de AG, en

condiciones estándar,

e

-686

kcal/mol.

EstevalQr

se

calcula umando

os érminos

de AHy

-

T AS, os cuales,

n

condiciones

estándar ienen

los siguientes alores

espectivamente

-673

kcal/mol

y

-

13 kcal/mol.

El valor altamente

negativo

de AH

sedebe

a a oxidación

de muchosenlaces -O

y C-C

de a

molécula

de

glucosa.El valor negativo del término

-

TAS significa

que

AS tiene

que

ser

positivo, o

que

concuerda

con la mayor

aleatoriedadque seríade esperarcuando os átomosde carbono,

oxígeno e

hidrógeno de una

única molécula de

glucosase

convirtieran

en 6

moléculasde dióxido de

carbono

y

en 6

moléculas

de agua.

b)

La

síntesis

de

glucosa

a

partir

de dióúdo

de

carbono

y de aguaes altamente

endergónica

y la oxidación de

glucosaes

altamente exergónica.

El valor de

AG de

+686

kcal/mol

en condiciones

stándar s

a suma de os érminos

AHy

-

TAS,

que

tienen

valores de

*673

kcal/mol

y

de

13 kcal/mo-

respectivamente.

la

que

os érminos

A.Hy

-

7AS sesuman, on un

AG

d

-686

kcal/mol.

Ahora consideremos

a reacción ontraria,

media

la

que

os

fotótrofos sintetizan

az:úcaresomo

a

glucos

partir

de dióxido

de carbono

y

agua, iberandooxígeno

6CO2

+

6H2O

+

energía

+

C6H12O6

602

(5.1

Como

puede

suponer,

os valores

ara

AH, AS

e A

para

esta

eacción

on dénticos n

magnitud,

ero

opue

tosen signo, uando ecalculan ncondiciones stánd

se comparan

con los valores

correspondientes

ara

Reacción .9.

Concretamente,

sta

eacciónieneun va

de

AG de

+686

kcal/mol, o

que

a convierte n una rea

ción altamente

ndergónica

Figura

.10b).

or eso,los

tótrofos

tienen

que

utilizar

grandes antidades e ener

para mpulsar

esta eacción

n a dirección e

a

síntesi

glucosa, esahí donde

nterviene

a energía olar, om

veremos uando

leguemos

l Capítulo

11.

Elsignificado

eespontaneidad.

ntesdeconsiderar óm

se

calcula

n realidad

AGy utilizarlo

comouna medida

la espontaneidadermodinámica, ecesitamos irar

detalle

1o

que

significa

y

lo

que no

significa- el té

mino espontáneo.

omo

hemosapuntado

anteriorm

te, a espontaneidad

os dice solamente

i una

reacc

puede

uceder

o dice

nadaen absoluto

obre i se

rod

cirá.tJna

reacción

uede

enerun

valor de AG negat

y aun así

no ocurrir

de maneradetectable.

bviamen

la celulosa

el

papel

se

quemade maneraespontáne

se

incendia,

esto concuerda

on un

AG muy negat

de

-686

kcal/mol

de

glucosa.nclusoen ausencia e c

rillas, el

papel

es

razonablemente

stable necesit

cientos

de

años

para oxidarse. e esta

orma, AG

pue

en realidaddarnos nformaciónsobresi una reacció

un

proceso

on

factibles

si

tiene el

potencial ara

s

ceder-.

De hecho, l

que

una reacción xergónica

ue

producirse o depende

ólo

de

que

engaun AG favo

ble

(negativo),

ino ambién

de a disponibilidad

e

u

víao un

mecanismo

ue

e

permita

pasar

elestadonic

al final.

Normalmente

ambiénse

equiere n aporte n

cial

comoenergía

e activación,

omo

a

energía

n orm

de calor

procedente e

a

cerilla

que ncendia

el trozo

papel.

La espontaneidad

ermodinámica s

por

tanto un

c

terio

necesario

ero

insuficiente

ara

determinarsi

u

reacción ealmente currirá.En el Capítulo6, explora

mos el tema

de

la tasa de reacción

en el contexto

de

reacciones

atalizadas

or

enzimas.

or el

momento,

esn

cesario puntar

que

cuandosedefine

una reacción o

espontánea

ermodinámicamente,

implemente

e

qui

decir

que es un acontecimiento

energéticamente

acti

que iberará nergía

ibre si se

produce.

E

a

o

o

=

c

c)

/<

t \

c)

.(Ú

o)

q)

c

LIJ

Glucosa

ñ

o l E

" , o

o ;

- =

. ; i - .x

o l

ñ , ,

  ¡ '

X \ )

O <

Bioenergética I

8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

http://slidepdf.com/reader/full/capitulo-v-bionergetica-el-flujo-de-energia-en-la-celula 16/24

Entender

el

AG

En este

capítulo, nuestro

cometido

final

consiste en enten-

der cómo

se calcula AG y

cómo

se utiliza

para

valorar

si

una reacciónpuede

ener ugar

en determinadas

condicio-

nes. Para

ello, volvamos

a

la

reacción

cue

convierte

glucosa-6-fosfato

en

fructosa-6-fosfato

(Reacción

5.6) y

preguntémonos

qué podemos

aprender

sobre a

esponta-

neidad

de la

conversión

en la dirección

en

que

se ha escri-

to la reacción de zquierda a derecha).La experienciapre-

via y la

familiaridad

con

el

proceso

no

nos dan

pistas,

ni

tan siquiera

resulta

obvio cómo

se vería

afectada a

entro-

pía

del universo

si a reacción

sedesencadenase.

laramen-

te, necesitamospoder

calcular

AG

y

determinar

si éstees

positivo

o negativo

bajo las

condiciones particulares

que

especificamos ara

a reacción.

Laconstante

eequilibrio

s

unamed¡da

de adireccionalidad

Un medio

de evaluar

si una reacciónpuede

darseen

una

dirección

oncreta

n condiciones

specíficas

mplica

a la

constantede equilibrio K"o,que es a relaciónentre as

concentraciones

e los

productos

y

de

los reactivos

n

equilibrio.

En una reacción eneral

n a

que

A seconvier-

te

reversiblemente

n B, a

constante

e equilibrio

essim-

plemente

a relación

de as

concentraciones

e equilibrio

d e A y B :

fosfato.

A la inversa,

una relación

de concentraciones

ma-

yor qve

la K"n ndica

que

la concentración

relativa

de fruc-

tosa-6-fosfato

es demasiado

elevada

que

la reacción

en-

derá a desplazarse

hacia la izquierda.

La Figura

5.11 lustra

esteconcepto para

la

intercon-

versión

de

A y B

(Reacción

5.11),mostrando

las

relaciones

entre la energía libre

de la reacción

y

a

qué

distancia

del

equilibrio

se encuentran as

concentraciones

e A

y

de'B.

(Fíjese

en

que

se asume

en la ilustración

un valor

de K.o de

1,0;

para

otros valores

de K.n, a

curva sería

a misma pero

los valores

del eje

,r serían diferentes.)

La

cuestión clave

de a Figura

5.1 está

clara: a

energía

libre

es más

baja en el equilibrio y

aumenta

a medida

que

el sistemase

desplaza

desdeel equilibrio

en

cualquier

di -

rección.

Además,

si conocemos

a relación

de

concentra-

ciones actual y la

comparamos

con la relación

de concen-

traciones

en el equilibrio,

se

podrá

predecir

en

qué

dirección

tenderá a

desplazarse

clánta energía

ibre

se i-

berará

en el

proceso.

De estamanera,

a

tendencia

alcan-

zar

el equilibrio

proporciona

la

fuerza

impulsora

en toda

re-

acción química,y

comparar las

relaciones

de concentración

actualesy

en equilibrio

nos

proporciona

üna

medida

de

esa endencia.

ElAG e

puede

alcularon

acilidad

No debe orprendernosue

AG

sea

namedida ara

al-

cular a

qué

distancia

del equilibrio

se encuentra

una reac-

ción

en unas condiciones

específicas

cuánta

energía

ibe-

raría

si la reacción

se desplazara para

alcanzarlo.

Thmpoco

deberíasorprendernosque

para

calcularAG

senecesite

o-

0,001 0 ,01

0,1 1

0

10 1

0 1 000

Proporción

B]/[A]

en

múlt iptos

e la K"o)

Figura

.11

Energa ibre

y

equilibrio

uimico.

La cantidad

de

energía

ibre disponible

a

partir

de una

reacción qulmica,

depende

de o alejadosque estén os componentesdel equilibrio. Estose

ilustra

aquí con una reacción

que

interconvierte

A y B y que

tiene

una constante

de equilibrio

K.n, de 1,0.

La energía

ibre

del sistema

aumenta

a

medida

que a proporción

[B]/[A]

cambiaa

cada ado

del punto

de equilibrio.

Fíjeseen que

el eje

de

as

x está

en una

escala

xponencial,con

las

proporciones

[B]/[A]

expresadas

n

múltiplos

de K.o. Fijese

ambién que para

una reacción

con un

valor

de K.o

distinto de 1,0,

el gráfico

tendría a misma

forma,

pero

estaría

centrado sdbre el valor

de a

K"n

para

esa eacción.

A=-

B

tBl"^

K" " : -

IAl .q

(s.r l )

(s.r2)

en donde

A]"q

[B].n

on

asconcentraciones

eA

y

B,

en

moles

por

litro,

cuando a

Reacción

.11

está n equilibrio

a 25 "C. Si seconoce a constante e equilibrioparauna

reacción,

e

puede

ecir

con acilidad

i unamezcla

specí-

fica de

productos

reactivos

stá

en equilibrio,y

si no,

cuán alejada

del equilibrio

estáy

en

qué

dirección

debe

desplazarsear

a

alcanzar

seequilibrio.

Por ejemplo,

se

sabe

que

la

constante

e equilibrio

para

a

Reacción .6

a25

oC

esde0,5.Estoquiere

ecirque,

en

el equilibrio,habrá

a mitad

de fructosa-6-fosfato

ue

de

glucosa-6-fosfato,

ndependientemente

e asmagnitu-

des eales e as

concentraciones:

K"^ :

[fructosa-6-fosfato]

:

0,5

(5.13)

Iglucosa-6-fosfato].n

Si los

dos componentes

están

presentes

en

cualquier

otra

proporción

de concentraciones,

a reacción

no estará

en

equilibrio y

tenderá hacia

(será

ermodinámicamente

espontánea n a

dirección

de) el

equilibrio. De

esta orma,

una relación

de concentraciones

menor

que

a

K.o significa

que

hay

poca

ructosa-6-fosfato

a expensas

e a glucosa-6-

o)

q)

c

uJ

130 Capítulo

Bioenergetica:

l

lujo

eenergía

n a

célula

8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

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nocer

tanto

la constante

de

equilibrio

como

las concentra-

ciones

actuales

de

reactivos

y

productos. Para la

reacción

5.

11, a ecuación

que

relaciona

esas

ariables

es

-

(592

callmol)

-

0,693)

+

(592

callmol)

-

2,30

*

410

callmol

-

1364

allmol

:

-954callmol

(s.

Fíjese

n

que nuestras

speranzas

e obtener

un A

negativo

se

confirman,

y

ahora

sabemos

exactame

cuánta

energía

ibre se

iberará durante

a conversión

e

pontánea

e 1 mol

de

glucosa-6-fosfato

n 1 mol de ru

tosa-6-fosfato

n

ascondiciones

specificadas.

Como

v

remosdespuésa energíaibre liberadaen una reacc

exergónica

uede ser aprovechada

ara realizar

rabajo

perderse n

orma

de calor.)

Es

mportante

entender

qué

significa

exactament

valor

de

AG calculado

en

qué

condiciones

sválido.D

bido a

que

es

un

parámetro

ermodinámico,

G

puede

cirnos

si

una

reacción

s

posible ermodinámicament

y

como

está

escrita,

erono dicenada

acerca e

a velo

dad del

mecanismo.

implemente

os dice

que

si a rea

ción

ocurre

de

hecho,

o hará

hacia a derecha

libera

954

calorías

e energía

ibre

por

cada

molécula

egluco

6-fosfato

ue seconvierta

n fructosa-6-fosfato

upon

do

quelas oncentraciones

e

ambos,

eactivos

product

semantengann os aloresniciales10y 1pM respect

mente)

en

el ranscurso

e a reacción.

De manera

más

general, .Gesunamedida

elaesp

taneidad

ermodinómica

ara

una

reacción

n a direcc

en

Ia

que estáescrita

de

zquierda

a derecha)

las conc

traciones

e

reactivos

productos

specificadas.

n un va

de

precipitados

en un

tubo de ensayo,

ste

equerimi

to

de mantener

onstante

a concentración

e

reactivo

productos

quieredecir

que os reactivos

e debenaña

continuamente

que os

productos edeben

etirarcon

nuamente.

n a

célula, ada

eacción

s

partede una v

metabólica,

sus eactivos

productos e mantienen

concentraciones

proximadamente

onstantes

e no eq

librio,gracias as eaccionesue a preceden siguen

la secuencia.

La

variación

stándar

e

a ener$a

ibrees el

AGmedi

en condiciones

stándal

Debidoa

que

es

un

parámetro ermodinámico,

G es

dependiente

el

mecanismo

eal o

de a vía de una

re

ción,

pero depende

e

manera ecisiva

e

ascondicio

en as

que

se

produce a reacción.

na

reacción aract

zada

por una

gran disminución

de

la energía

ibre

b

unas

determinadas

ondiciones,

uede enerun AG m

cho

más

pequeño

(aunque

negativo odavía)

o inclu

puedeenerun AGpositivobajounas ondicionesifer

tes.La

fusión

del

hielo,

por

ejemplo,

epende e

a

te

peratura; e

produceespontáneamente

or

encima

de

0

oC,

perova en sentido

puesto

congelación)

or

deb

de

esa emperatura.

or anto,

paraun valordado

deAG

importante

identificar

las condiciones

ajo

las

que

se

rcalizado

a medida.

tB l - - tB l -^

AG:

RTln

+

-

RTln

#

l A l p '

[A ] " q

tBl_-

:

RTln

#

-

RTIn

K.o

lAlp,

tB l^-: -RTln

K.n

+

RTln-t----t-r_

lAlp.

(s.r4)

donde

AG es

a variación

e

a energía

ibre,

en callmol

en

lascondiciones

specificadas;

es

a constante

e os

gases

(1,,987

allmol "K);

T es a

temperatura

n

gradosKelvin

(use

25

oC

298

K s i no se

especifica

tra

cosa);n es

el o-

garitmo

natural

(es

decir,

en base

¿);

A]p,y [B]0,

son as

concentraciones

ctuales

e

A

y

de

B

en

moles

por

litro;

y

K.oes

a constante

e

equilibrio

a la

temperatura

estándar

de298

(25'C).

Generalizando,para

na

eacción

n

a cuala

molécu-

lasdelreactivoA secombinancon bmoléculas el reactivo

B

para

ormar

cy

dmoléculas

e

os

productosC

y D res-

pectivamente

a A * b B = - c C + d D

AG se

calcula

omo

(5.15)

aG:

Rrtn

.o

nrr"

ffi

(s.16)

t ¡ \ l P r L " J P r

donde

odas

as constantes

variables

a

sehan definido

previamente

donde

K.oes

a constante

e equilibrio

para

la Reacción

.15.

Volviendoa la Reacción .6,asumamos

ue

as con-

centraciones

ctuales

e

glucosa-6-fosfato

fructosa-6-

fosfato

n

una célula

on

a 25

oC

de I0

¡tM

(

10

X

10-6 'f)

y

I

ltM

(1

X

10-6.&f)

espectivamente.

ado

que a rela-

ción de

asconcentraciones

ctuales

e

os

productos on

respecto

a de

os reactivos

s

de 0,1

yya

que a

constante

de equilibrio

es de 0,5,

hay

poca

cantidad

de

fructosa-6-

fosfato

resente on respecto

glucosa-6-fosfato

araque

la reacción

sté

en equilibrio.

La reacción

endería

or

tan-

to

a desplazarse

acia

a derecha

en

a dirección

e a

ge-

neración

e ructosa-6-fosfato).

n otras

palabras,arcac-

ción

es termodinámicamente

avorable

en

la dirección

escrita.

Esto,

a su vez significa

que

AG

esnegativo

en estas

condiciones.

El valor

real de

AG secalcula

omo sigue:

45

:

-(1,987

callmol 'K)(298

) n

(0,5)

+

(r,e87

allmol'K)(298

)

h

+:ffi

:

-(592

callmol)

n

(0,5)

+

(592

al/mol)

n

(0,1)

Entenderl

AG 1

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Vafiación

e a ener$a ibre:

ejemplos

e cálculo

Para lustrar

a manerade

calcularLG

'

y LG

"

y

su utili-

dad,volvamos

una vez más

a la interconversión

e

gluco-

sa-6-fosfato

fructosa-6-fosfato

Reacción

.6).

Ya

sabe-

mos

que

a constante

e equilibrio

para

esta eacción ajo

condiciones

stándar e

emperatura,

H, y presión

es0,5

(Ecuación

.13).Esto

quiere

ecir

que

si seañade unaso-

lución

de

glucosa-6-fosfato

25

"C,

I atmósfera

pH

:

7

la enzima

que

catalizala

eacción n as

células, se ncuba

hasta

que

a reacción

edetenga,a fructosa-6-fosfato

la

glucosa-6-fcisfatostarán resentesn unaproporciónde

equilibriode 0,5.

(Fíjese

n

que

esta

proporción

es nde-

pendiente

e a concentración

nicial de glucosa-6-fosfato

y que

sehabría

alcanzadogualmente

ien si sehubieseni-

ciado a feacción

on cualquierconcentración

e ructosa-

6-fosfato o con

cualquier mezcla

de

las

dos a cualquier

concentraciónnicial.

La

variaciónestándar

e energíaibre

AG'' se

puede

calculara

partir

de K'.0como

sigue:

AG"':

-RTln

K,r :

-5921n

K'.0

:

-5921n

0,5

-592(-0,693)

: *410 callmol (5.22)

El valor positivo

de AG

o'

es

por

tanto

otra forma de

expresar

l hechode

que

el

reactivo

glucosa-6-fosfato)

s

la especie redominante

en el equilibrio.

Un

valor

de

AG

o'positivo

también

significa

ue

en condiciones stán-

dar de concentración,

a reacción o

esespontánea

es

er-

modinámicamente

mposible)

en la

direcciónen la

que

estáescrita. n

otras

palabras,

i empezamos

on

glucosa-

6-fosfato fructosa-6-fosfatoresentes

n concentrscio-

nesde 1,0

Mno se

puede

roducir

una

conversión etade

glucosa-6-fosfato

fructosa-6-fosfato.

De

hecho,

oniendo

n catalizador

propiado,a eac-

ción se

produciría

acia

a zquierda

n condiciones

stán-darya que AGo' para a reacción n esadirección

es de

*410

callmol.Por

anto, a fructosa-6-fosfato

econverti-

ría en

glucosa-6-fosfato

asta ue

sealcanzasea

propor-

ción

de equilibriode

0,5.Alternativamente,

i asdosespe-

ciesse

añadieran se retiraran

tan continuamente

omo

fueranecesario

ara

mantener

asconcentraciones

e am-

basa

1,0

M,la reacción

edesplazaría

se

produciría

on-

tinua

y

espontáneamente

acia

a zquierda

asumiendo

a

presencia

eun catalizador),

on a

iberación

e

410

calde

energíaibre

por

mol de fructosa-6-fosfato

onvertida n

glucosa-6-fosfato.

i no

existe ningún

mecanismo

que

conserve

staenergía, edisipará

como

calor.

En unacélula eal,ningunode estos zú,caresosforila-

dos estará uncapresente

n concentrabionesue

seapro-

ximen

a este1,0M.De

hecho,os valores

xperimentales

de asconcentraciones

abituales

e estas

ustanciasn os

glóbulos

ojoshumanos

on os siguientes:

[glucosa-6-fosfato]:

3

pM

(83

X

10-b .4)

[fructosa-6-fosfato]:

4

tM

(14

x

rc-6 A/t)

Utilizando estos alores

e

puede

calcular

el valor real

de AG'

parala

interconversión

e estosazúcares

n los

glóbulos

ojossanguíneos

omosigue:

A G ' : L , G " ' * 5 9 2 1 n

Ifructosa-6-fosfato]

I

glucosa-6-fosfato

.0

:

*410

t

5e2rn#i#

:

*410 *

592

n

0.169

: +410+ 592( -L ,78) : f 410

1.054

:

-644callmol

(5.23)

El valor

negativo

ara

el AG'

significa

ue

a

conver-

sión de glucosa-6-fosfato

n fructosa-6-fosfato

sposible

termodinámicamenten as

condiciones e

concentración

presentes

ealmente n osglóbulos

ojos,

que

a reacción

liberará

644 caIde energía ibre

por

mol de reactivo

con-

vertido

en

producto.

Por

anto, a conversión

e reactivo

en

producto

es mposible

ermodinámicamente

n condicio-

nesestándar,

ero

os glóbulos

ojosmantienen

stos

os

azicares osforilados

en las concentraciones

decuadas

pararevertirel AGo' positivo,haciendo osible a reac-

ción.Esta eacciónorma

parte

de a

glicólisis,

or

Io que

esta

daptación sesencial

ara

que

el

glóbulo

ojo

realice

el

proceso

e degradación

e

glucosa.

La

vida

v

el

estado estable:

las reacciones

que

se mueven

hacia

el equilibrio

sin

llegar

nunca

a alcanzarlo

Como se

ha resaltado

n este apítulo,

afuerza mpulsora

de odas as eacciones ssu tendencia

alcanzar

l eauili-

brio.Dehecho,AGo'y AG', nosonmásquemedidai ti -

les

para

cuantificar n qué

dirección ebeproducirse

na

reacciónpara

alcanzar l equilibrio y

a

qué

distancia

een-

cuentra

e éste, n determinadas

ondiciones

ictadas

or

lasconcentraciones

stándar actuales

e

productos

de

reactivos.

ero

para

entender

ómo funcionan

as células

realmente, ebemos

alorar a importancia

e as

eaccio-

nes

que

se desplazan aciael

equilibrio sin llegar

a alcan-

zarlo. En el equilibrio, las

tasasde desplazamiento

e la

reacción acia

no u otro adoson as

mismas no

hay lu-

jo

neto

demateria nninguna

dirección. o

que

esmás m-

portante,

o sepuede

extraer nergía

dicional e a

reac-

ción

ya que

AG' esceropara

una reacción

n equilibrio.

Entonces, efectos rácticos na reacción n equili-

brio esuna reacción ue

estádetenida.

Perouna

célula iva

secaracteriza

or

reacciones

ontinuas, o

detenidas.

na

célulaen equilibrio

seríauna célulamuerta.

Podríamos

e-

finir la

vida como una lucha

continua

por

mantener

mu-

chas eacciones elulares

n

posiciones

ejos

del equilibrio,

ya que

en el

equilibrio no son

posibles

eacciones

etas, o

t34 Capitulo Bioenergetica:

l

lujo

eenergía

n

a

célula

8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

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se

puede iberar energía i se

puede

ealizar rabajo, el or-

den del estado

ivo no se

puede

mantener.

Por tanto,

la vida

sólo

es

posible porque las células

vivasse

mantienenen un estado

estable, n el cual

a ma-

yoría

de sus

eacciones stánalejadas

el equilibrio termo-

dinámico.

Los nivelesde

glucosa-6-fosfato fructosa-6-

fosfato

presentes

n os

glóbulos ojos lustran este

punto.

Como

hemosvisto, estos

productos

se mantienenen

las

células n

concentracionese estado-estable

lejadas e

as

condiciones

e equilibrio

pronosticadas

or

el

valor

de 0,5

de a K'.". De hecho, os nivelesestán an lejos de ascon-

centraciones

e equilibrio,

que

a conversión e

glucosa-6-

fosfatoa

fructosa-6-fosfato currecontinuamente

n a cé-

lula, ncluso

uandoel estado e equilibrio

ieneun AG

o'

positivoy

de

hecho avorece a

glucosa-6-fosfato.stose

verifica en la mayoríade

as reacciones

víasde a

célula.

Éstas e

realizan seaprovechan

ara

realizardistintos

i-

pos

de trabajo

celular

ya que

os reactivos,

os

productos

y

los metabolitos

ntermediosse mantienen

en concentra-

ciones

de estado-establelejadas

el equilibrio

termodiná-

mico.

Esteestado, su vez,sólo

es

posibleporque

una

célula

es un

sistemaabierto

que recibe grandes

cantidadesde

energía e suentorno.Si a célula ueraun sistema errado,

sus

eaccionesenderían

radualmente

aciael equilibrio

la célula

legaría nexorablemente

un estadode mínim

energía

ibre,

que

una

vez alcanzado, o

permitiría

m

cambios,

o se ealizaríarabajo

y

la vida

cesaría.

l

esta

establean

necesario

ara

a vida es

posible

solamente

o

que

a célulaes

capazde captarenergía ontinuamente

su entorno,

ya

seaen forma de uz o de

moléculas

rgá

casde os alimentos.

Estacaptacióncontinua de energí

el flujo de

materiaacompañante acen

posible

el mante

miento del estado

estableen el

que

todos os reactivo

productosde a químicacelularsemantienenalejados

equilibrio

para

asegurar

que

el impulso termodinám

haciael equilibrio sea

aprovechado

or

la célula

para

ea

zar Lrn rabajoútil,

manteniendo extendiendo e esa o

ma sus

actividades su

complejidadestructural.

Nos centraremos n cómo se

ealizatodoestoen

ca

tulos

posteriores.En el siguiente

capítulo veremós

principios

de

a catálisisenzimática

ue

determinan as

sas

de as

reacciones elulares, sdecir,se raduceel

<pu

de realizarse>

e

a

termodinámica

por

el

<se

ealizaril

la cinética.

staremosntonces

reparadosarapasar

capítulossiguientes,

onde

encontraremos íasmetabó

cas uncionales

omo resultadode

una serie

de

reaccio

queactúandemaneraconiunta.

Los nivelesde organización

elevados

ue

existen n ascélulas on

posibles racias

a la disponibilidad

e energía n el

en-

torno. Lascélulas

equierenenergía

para

realizar

varios tipos de cambios, nclu-

yendo

síntesis,

movimiento, concentra-

ción,separación

e cargas,

eneración

e

calory bioluminiscencia.a energía ue

se necesita

ara

esos

procesos rocede

del sol o de los enlaces

e las moléculas

orgánicas

xidables omo carbohidratos,

grasas proteínas.Puesto

que

los

qui-

miótrofos sealimentandirectao

indirec-

tamente de

los fotótrofos, hay un

flujo

unidireccional

de energíaa través de la

biosfera,

que tiene al

sol

como fuente

inicial

y

a a entropía a

a

pérdida

deca-

lor como destino eventual

de toda la

energía

que

se mueve a travésde

ol

sis-

temas

vivos.

Problemas

El flujo de energía

ue atraviesa

ascé-

lulasse ige

por

las

eyes e a termodiná-

mica.

a primera eyespecifica

ue a ener-

gía

puede

cambiar

de orma

pero

siempre

se conserva. a segunda

ey

proporciona

una medidade

a espontaneidad

ermodi-

niímica, unque

esto ólosignifica

ue

una

reacción uedeocurrir y no dicenadaso-

bre si realmente currirá

o en

qué

medida.

Los

procesos

espontáneos

an siempre

acompañados

or rn aumen¡fon

a entro-

pía

del universo

por

luna

disminución

n

la energíaibre

del sistema.

steultimo es

un indicador de

a espontaneidad

ucho

más

prácticoporquese

puede

calcular

á-

cilmentea

partir

de

a

constante

e equili-

brio,

las

concentraciones

n esemomento

de reactivos

productos,

la

temperatura.

Las células obtienen

la energía

que

necesitan

paru realizar sus actividades

manteniendo

as concentraciones

e l

reactivos los

productos

de distintass

cuencias

e reacciones n un estado-e

ble alejadodel equilibrio, de estaman

permiten que

as

reacciones

e despla

exergónicamente

acia el equilibrio

s

llegara alcanzarlo.

Paraquese ealiceuna reacción s

prerrequisito ecesarioener

un

DG'

n

gativo,pero

estono

garcntíza ue

a re

ción se

produzca

a una velocidadrazo

ble. Para calcularlo,debemossaberm

sobre a reacción, o solamente u esta

termodinámico.

Necesitamos

aber i h

catalizadores decuados isponibles

y

qué velocidadpuede

ocurrir la reacc

en

presencia

el catalizador. n otrasp

labras,necesitamosas enzimas

que

e

contraremos n

el

Capítulo6.

Los

roblemas

emayorificultadstán

arcadoson n

.

5,1 Energíasolar.

Aunque a veces ímos

que

existe

preocupación

obre nacrisis

global

de energía, n

realidad

vivimos

en un

planetaque

está nundado

por

una

nmensa

cantidad

de energía n forma de

radiación solar.Cadadía,

cada

año

que

lega

y

cadaaño

que pasa,

a energía olar alcanzala

superficiemásexterna

e a atmósferaerrestre una asade 1,9

caUmin

por

centímetrocuadradode superficie

constante

e

energíaolnr).

Problemas

1

8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

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(a)

Asumiendoque

el áreade una

sección ransversal

e a

Tierra

esde alrededor

e 1,28

X

1018m2.

Cuiíl

s a

cantidad

anualde energía

ntrante?

(b)

Una

porción

considerable

e esaenergía,

specialmenten

los

rangosde ongitud

de onda

por

debajode 300nm y por

encimade 800nm

nuncaalcanza

a superficie

de a Tierra

¿Puedes

ugerir

qué

ocurre

con ella?

(c)

De a radiaciónque

alcanza

a superficie

e a Tierra,sólo

una

pequeña

roporción

es ealmente

aptada

fotosintéticamente or

los fotótrofos.

Puedes

alcular

el

valor

concretoen el Problema

5.2.)

¿Por

crees

ue

a

eficiencia e su utilizaciónes an baja?

5.2 Transducción

de energía otosintética.

La

cantidadde

energía

aptada el volumen

de carbono

convertido

en

forma

orgánica

por

transductores

e energía

otosintética

s

asombrosa:

lrededor e 5

X

l0r6

g de carbono

l añosobre

toda a superficiede a

Tierra.

(a)

Asumiendo

que

una molécula

orgánicamedia

en una

célula engaaproximadamente

a misma proporción

de

carbono ue

a glucosa,

cuántos

ramos

e materia

orgánica

roducen

anualmente

os fotótrofos

ijadoresde

carbono?

(b)

Asumiendo

que

oda a materia

orgánicaen

el

apartado

a

seaglucosa

o

cualquiermoléculacon un contenido

energético

quivalente

a

glucosa),

cuánta

nergía

representa

sa antidad

de materia

orgánica? suma

que

a

glucosa

ieneun contenido

de energíaibre

(energía

ibre

de combustión)de

3,8kcal/g.

(c)

Con respecto a

respuestael Problema

.1a,

cuál

s a

eficienciamedia

con a

que

a

energía adiante

que

ncide

sobre a atmósfera

xterna

escaptada otosintéticamente

sobre

a superficieerrestre?

(d)

¿Qué

roporción

e a

producción

ototrófica

etaanual

de materia

orgánica alculada

n el apartado

a, crees

ue

es

consumida

or

os quimiótrofos

ada

ño?

5,3 Conversión

energética.

amayoríade as

actividades

celularesmplican a conversión e energía e una forma a otra.

Paracadauno

de os casos

iguientes e

un ejemplobiológicoy

explique

el significado

de a conversión

(a)

Energía

uímica

en

energíamecánica.

(b)

Energía

uímica

en energía

adiante.

(c)

Energía

olar

(luminosa)

en

energía

uímica.

(d)

Energía uímica

en energía

léctrica.

(e)

Energía

uímica

en Ia

energía

otencial

de un

gradiente

de

concentración.

5.4 Entalpía,

entropíay

energía ibre.

La oxidación

de a

glucosa

dióxido de

carbonoy

aguase epresenta or

la

siguiente eacción

anto

si

a

oxidación

ocurre

por

combustión

en el aboratoriocomosi ocurrepor oxidaciónbiológicaen as

células ivas:

c6H12o6

6

02

=-6

CO2

+

6H2O

(s.24)

Cuando una combustión

se realiza

en el laboratorio

en

condiciones controladas,

la reacción

es altamente

exotérmica,

con una variación

de entalpía

(Afl

de

-673

kcal/mol.

Como

sabes

or

la

Figura 5.10,

AG

para

esta eacción

a 25

oC

es de

-686

kcal/mol,

por

lo

que

a reacción

s ambién

altamente

exergónica.

(a)

Explique

con sus

propias

palabras

significan

os valores

A,Hy L,G.

¿Qué

ignifican os

signosnegativos

n

cada

caso?

(b)

¿Qué

ignificadecir

que

a

diferencia

entre os valores

AGy

AHse

debea a entropía?

(c)

Sin hacerningún cálculo,

¿esperaría

ue

AS

(variación

de

la entropía) uera

positivo

o negativo?

xplique

su

respuesta.

(d)

Ahoracalcule Spara

esta eacción

25

"C.

¿Coincide

l

signo

del valor calculado

on su

predicción

del

apartado

c?

(e)

¿Cuáles

on osvalores

e AG,AH

e AS

para

a

reacción

contraria

a a de arriba, al como

es levada

a cabopor

una

célulade un alga otosintética ue

usaCO,

y

HrO para

sintetizar

6Hr2O6?

5.5 Laconstantedeequilibrio.

a siguiente

eacción

suno

de os pasos

e a vía glicolíticaque

encontraremos

e nuevo

en

el Capítulo

9. Sin embargo, a

debe econocerla, orque

a

hemos

sado ntes omoejemplo

Reacción

.6):

Glucosa-6-fosfato

.---

fructosa-6-fosfato

(s.2s)

Laconstante eequilibrio4n puruesta eacción 25

oC

es0,5.

(a)

Asuma

que

ncuba

una solución

ue

contiene lucosa-6-

fosfato

G6P)

,15Mtoda a

noche 25oC

con a

enzima

fosfoglucomutasa

ue

catalizaa

Reacción .25.

¿Cuántos

milimoles

de ructosa-6-fosfato

F6P)

ecuperará

e 0 mL

de a mezcla

e ncubacióna

mañana iguiente,

asumiendo

ue

disponedel

procedimiento

romatográfico

apropiado ara

separar 6Pde

G6P?

(b)

¿Qué

espuesta btendríapara

el apartado

a, si por

el

contrario,hubiera

comenzado

on una soluciónque

contuviera 6P

0,15 ,8

(c)

¿Qué

espuestasperaría

ara

el apartado

si hubiera

empezadoon una solución ue

contuviera

G6P0,15M

perohubieraolvidado añadir osfoglucomutasa a mezcla

de

ncubación?

(d)

¿Podría

aber

espondidoa Ia pregunta

del

apartado

a si

hubiera

utilizado 5

oC

como emperatura

de ncubación

envezde 25

C?

¿Por

o

por

qué

no?

5.6

C¿íüculoe AG

o'

e A

G'. Comoen a

Reacción

.25,1a

conversión

e 3-fosfoglicerato

3PG)

en 2-fosfoglicerato

2PG)

es

una reacción elular mportante

ya que

esuno de

os

pasos

e

la víaglicolítica

véase

apítulo ):

3-fosfoglicerato

----

2-fosfoglicerato

(s.26)

Si a enzimaque

cataliza sta eacción

e

añadea una

solución

de 3PGa 25

"C

y

pH

7

0,1a

onstante

eequilibrio

entre as

dos

especieserá e0,165

|

2

fosfoslicerato

.

K /

: ' -

- - - - - o - - - - - - - . - ' e q

- O l Á q

--

eq

|

3-fosfogliceratol""

(s.27)

En os

glóbulos

ojos

humanos, os

valoresexperimentalesara

Iasconcentraciones

n el estado

estable e

estos omDuestos

s

de6I

pMpara

3PGyde ,3

pMparu2PG.

t36

Capítulo Bioenergetica:

l lujo

eenergía

n

a

célula

8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

http://slidepdf.com/reader/full/capitulo-v-bionergetica-el-flujo-de-energia-en-la-celula 23/24

(a)

CalculeAG". Expliquecon sus

propiaspalabras ué

significaeste alor.

(b)

Calcule G'. Explique on sus

propias alabras ué

significa ste alor.

¿Por

AG'e AGo'sondiferentes?

(c)

Si

as

condiciones n a célulacambiande al forma

que

a

concentración e 3PGsemantieneñja a

6l

pM pero

a

concentración e 2PGcomienza aumentar, cuánto

tendría

que

aumentar a

concentración e 2PG antes e

que

a Reacción .26 cesara

orqueya

no fuera actible

termodinámicamente?

5.7

¿Hacia

trás

o

hacia

delante?. a nterconversión e

dihidroxiacetona

osfato

DHAP)

en

gliceraldehído

fosfato

(G3P)

orma

parte

anto

de a vía glicolítica

véaseCapítulo

)

como del ciclo de

Calvin

para

a fijación

de carbono

en a

fotosíntesis

v

éas Capítulo l) :

Dihidroxiacetona osfato

=-

sliceraldehído-3-fosfato

DHAP G3P

(s.28)

El valor

de

AGo'para

esta eacción sde

*

1,8kcal/mol

a 25

"C.

En a vía

glicolítica

esta eacción

a

hacia a derecha,

convirtiendoDHAP en

G3P.

En el ciclo de

Calvin.estas

reacciones e

producen

hacia a izquierda, onvirtiendo

G3Pen

DHAP.

(a)

¿Hacia

ué adoseencontrará l equilibrio?

Cuál

s a

constante e

equilibrio a

25

"C?

(b)

En condicionesstándar,

en

direccióniende

a

producirse

sta eacción?

Cuál

sel valorde AG'para

a

reacciónen esa irección?

(c)

En Ia vía

glicolítica,

sta eacción e

produce

hacia a

derecha

orque

el G3Pseconsume

or

la reacción iguiente

de a vía,por eso

el G3Pse

mantiene

a concentración aja.

¿Cuál

erá l valor

de

AG'(a 25

C)

si a concentracióne

G3PsemantuvieraaI lo/ode a concentración e DHAP

(es

decir, i

[G3P]/IDHAP]

0,01X

(d)

En el ciclode Calvin, sta eacción e

produce

acia

Ia zquierda.¿Acuántodebeascendera relación

[G3P]/IDHAP]

para

asegurarsee

que

a reacción ea

exergónican al

menos

3

kcal/mol

a25

"C)?

5.8 Oxidación de succinato.La oxidaciónde succinato

fumaratoesuna reacción

elular

mportante

debido a

que

es

uno de os

pasos

el ciclo

de

os ácidos

ricarboxílicos

TCA)

(véaseCapitulo

0).Losdosátomos ehidrógeno

ue

se

separan el succinato on aceptados

or

una moléculade

coenzima enominada lavin

adenindinucleótido

FAD), que

se

reduce ntonces FADH"

-t-l [J

r t l

  t l

f T ^ ^

. F ] . - U - U - \ J

In I ' É A r r -

Y I

i l l

f f

LJ

I

I

H

Succinato

Fumarato

(a)

Si seempieza

on

una solución

ue

contiene ,01Mde

succinato FAD

y

seañade a cantidadapropiada

e a

enzíma

que

cataliza sta eacción,

se

ormará

algode

fumarato?Si

o hace,

alcule as concentraciones

ue

resultarán

ara

ascuatro especies n el equilibrio.

Si no,

explique

por qué

no.

(b)

Conteste l apartadoa asumiendo

ue

ambiénFADH,

es

presente

esde l nicio a unaconcentracióne

0,01M.

(c)

Asumiendo

que

as condiciones

el

estado

e estabilidad

de una célulason

alesque a proporción

entre

FADH2/FAD 5 y que a concentración e umaratoesd

2,5

¡tM,

¿qué

oncentración e succinato

eránecesaria

n

el estado stable

ara

mantener ,G'para

a oxidación

el

succinato n

1,5

kcal/mol?

5.9 Plegamientode

proteínas.

En el Capítulo2, aprendimos

que

un

polipéptido

en soluciónnormalmente

e

pliega

en su

estructura ridimensionalmásapropiada e orma espontáne

Lafterza

que

mpulsaeste

plegamiento

s a endencia

alcanzar

a

conformación

que

desde l

punto

de vista

termodinámicoseamás avorable.Un

polipéptido plegado

puede

er nducidoa desplegarse

es

decira sufrir a

desnaturalización)i

a

solución ecalienta, eacidifica

se

alcaliniza.

l

polipéptido

desnaturalizado suna estructura

aleatoria,

on muchas onformaciones

osibles.

(a)

¿Cuál

sel signode AGpara

el

proceso

e

plegamiento?

¿Y

on especto el

proceso

edespliegue

(desnaturalización)?

¿Cómo

o sabes?

(b)

¿Cuál

sel signode ASparael

proceso

e

plegamiento?

¿Y

con respecto l desplegamiento

desnaturalización)?

¿Cómo

o sabe?

(c)

La contribución e ASa a variación e energíaibre,

¿se

positiva

o negativa?

(d)

¿Cuáles

on os

principales

iposdeenlaces

nteraccion

que

deben

omperse destruirse i el

polipéptido

legad

tiene

que

desplegarse?

Por

el caloro los

pH

extremo

provocan

el despliegue?

5.10 Transportede membrana,Como aprenderemos nel

Capítulo8, se

puede

ratar el transportea travésde membrana

como una reacción

uímicay

calcularel AG de a misma

orm

en

que

o haríamos

ara

cualquier

otra reacción. a

<reacción

general ara el transporte

de una moléculaX desde l

exterior

de a célulahaciael nterior se

puede

epresentar omo:

X.*t.rio.

J

{nte¡io¡

(5.30)

Con

Io

que

la variación de Ia energía ibre se escribe

como:

AG"or.udu AGo +

RT

ln

[X]6.".¡o,/[X]exterio¡

(5.3

Sin embargo,

a K"rpara el transporte

de un soluto no cargado

travésde

la membrana es

siempre , de manera

que

AGo

es

siempre 0

y

la ecuación

para

AG se simplifica en

consecuencia

(a)

¿Por

qué para

el transporte de moléculasa través

de

la membrana la K.n es siempre ?

¿Por

qué

el AG"

es

siempre 0?

(b)

¿Cuál

es a ecuación simplificada para el AG.n,,"¿"?

Y

para

AG.utl¿u?

(c)

Suponga

que

la

concentración de lactosa en una

célula

bacterianase mantiene a 10 mM, mientras

que

la

U

t l

il

f f ^

N - U _ U _ \ J

t l

3 ll

+ FADHz

il

tl

_C-C_H

El

valor de AGo'para esta eacciónes de

0 callmol.

(s.2e)

Problemas

t3

8/17/2019 Capitulo v Bionergética El Flujo de Energía en La Célula

http://slidepdf.com/reader/full/capitulo-v-bionergetica-el-flujo-de-energia-en-la-celula 24/24

concentración e actosa

n el exterior

esde solamente

0,2 mM.

¿Podría

redecir

si AG"r,.u¿"para

actosa ería

positivo

o negativo? xplique

su razonamiento.

(d)

Calculeel AG",,.u¿upara

actosa sumiendo

na

temperatura

e25"C.

¿Se

orresponde

l signo on su

predicciónpara

el apartado

?

(e)

Una de asdiferentes

uentes e energía

ue

conducena a

captaciónde actosa

n estas ondiciones

s a hidrólisisde

AIP,

que

ieneun valor

de

-7,3

kcal/molpara

AGo'.

¿Será

suficiente a

hidrólisis de una

única moléculade ATP

para

impulsarel transportede una moléculade actosa aciael

interior

en estas ondiciones?

.5.11

Pruebade aditividad.

Una

propiedad

útil de os

parámetros

ermodinámicosomoAG'o

AG'es

que

son

aditivospara

as eacciones

ecuenciales.sumiendo

que

Ki",

K;c, K'cD, on asconstantes

e equilibrio

para

sus espectivas

reacciones

n

a

siguiente ecuencia:

Reacción

I Reacción 2

Reacción 3

(s.32)

(a)

Pruebe

que

a constante

e equilibrio

K[para la

conversiónotal de A

en D esel

producto

de asconstantes

de equilibrio de os tres

componentes:

I(lD:

/(h/(;c/(bD

(s.33)

(b)

Pruebe

ue

AGo'

para

a

conversiónotal

deA en D es a

suma e osvalores e AGo'

de os rescomDonentes:

Bibliografía

recomendada

AG'ID: AG'AB

AG';c

+

AG'áD

(s.34)

(c)

Pruebe

que

os valores

de

AG'

son gualmente

aditivos

'5,L2

Utiliz¿¡¿o la aditividad.

La aditividad

de os

parámetros

ermodinámicos istos

en el Problema

5.1 no sólo

seaplicaa as eacciones ecuenciales

e una vía,sino

en

cualquier eacción

proceso.

demás,

ambién seaplica

a

sustracción e reacciones.

seesta nformación

para

contestar

las siguientes uestiones:

(a)

La fosforilación

de

glucosa

tilizando

osfato norgánico

(Pi

de orma abreviada)

sendergónica

AGo'

+3,3

kcal/mol), mientrasque

a defosforilación

hidrólisis)

de

AIP esexergónica

AG'':

-7,3

kcal/mol):

glucosa

Pi

: glucosa-6-fosfato

HrO

(5.35)

ATP

+

HrO

:

ADP

+

Pi

(5.36)

Escriba

una reacción

ara

a fosforilación

de a glucosa

or

transferencia e un grupo fosfatoprocedente

el AIP,

y

calcule G"'

para

a reacción.

(b)

Suscélulasmusculares tilizan a

fosfocreatina ara

almacenar

nergla. a defosforilación

e a fosfocreatina,

como

a

delATP

(Reacción

.37)

esuna eacción

ltamente

exergónicaonAGo'

:

-

10,3 cal/mol:

fosfocreatina H2O

-

creatina P, (5.37)

Escriba na reacción ara

a transferencia

e osfato

desde

fosfocreatina

ADP

para generar

reatina

ATR

y

calcule

AGo'

para

a reacción.

Laseferencias

on mportanciaistórica

stán arcadas

on

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138

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lujo

eenergían a

célula