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La energía es la capacidad de realizar un trabajo, un trabajo es la transferencia de energía para que se mueva.

Energía quimica, es energia contenida en las moléculas y liberada por reacciones químicas.

TIPOS DE ENERGÍA:

Energía potencial (la energía que está guardada), comprende la energía química conservada en los enlaces que unen a los átomos de las moléculas.

Energía cinética es la energía del movimiento, abarca la luz, calor, electricidad y todo movimiento de objetos grandes.

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Las leyes de la termodinámica drscruben las propiedades básicas de la energía

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Las leyes de la termodinámica drscruben las propiedades básicas de la energía

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Las leyes de la termodinámica describen la cantidad (total) y la cualidad (utilidad) de la energía.

1ra ley de la termodinámica: establece que la energia no se crea ni se destruye por medios ordinarios, sin embargo, la energia puede cambiar de forma. LEY DE CONSERVACIÓN DE LA MATERIA.

2da ley de la termodinámica: cuando la energía se convierte de una forma a otra, la cantidad de energía útil decrece. Es decir todas las reacciones o cambios físicos hacen que la energía se convierta en formas cada vez menos útiles.

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La eutropía es la tendencia a la pérdida de complejidad, orden y energía útil.

La 2da ley de la termodinámica establece la eutropia, la razón del por que los seres vivos pueden vivir a pesar de ser sistemas super ordenados, es el sol, ya que usamos la energía del sol para producir moléculas que nos ayudan a mantenernos en orden, mientras que en el sol ocurre un desastre.

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¿Cómo fluye la energía en las reacciones químicas? 

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¿Cómo fluye la energía en las reacciones químicas? 

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Las reacciones químicas son procesos que forman o rompen enlaces químicos que mantienen unidos a los átomos, convierten unas sustancias químicas, los reactantes, en otras, los productos.

Todas las reacciones quimicas desprenden energia puede requiere un aporte neto de energía.

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Reacción exergónica, "energía afuera", son las reacciones que liberan energía, los reactantes iniciales contienen más energía qué los productos finales. Liberan parte de su energía como calor.

Reacción endergónica, "energía dentro", son las reacciones que requieren un aporte neto de energía, los productos contienen más energía qué los reactantes. Tienen un aporte de energía de una fuente externa.

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Las reacciones acopladas son procesos en los que una reacción que libera energía (exergónica) impulsa otra que requiere energía (endergónica). En las células, muchas funciones vitales como la síntesis de proteínas, el transporte de sustancias o la contracción muscular, necesitan energía. Sin embargo, esa energía no siempre está disponible directamente, por lo que se recurre a este mecanismo de acoplamiento.

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¿Cómo regulan las células sus reacciones metabólicas?

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¿Cómo regulan las células sus reacciones metabólicas?

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El metabolismo = todas las reacciones químicas de la célula, organizadas en rutas metabólicas.

Cada reacción produce un intermediario que sirve de reactivo para la siguiente. Las rutas están interconectadas, el producto de una puede ser el inicio de otra.

- Las velocidades de reacción aumentan con el incremento de las concentraciones de sustratos o enzimas. Las células regulan la síntesis de enzimas según sus necesidades: producen más o menos enzimas según el contexto.

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Las células regulan la síntesis de enzimas

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Las células regulan la síntesis de enzimas

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Las células controlan qué enzimas producen activando o desactivando genes según sus necesidades. Cuando hay más sustrato, se sintetizan más enzimas para acelerar su metabolismo.

Ejemplo: en el hígado de los bebedores se produce más deshidrogenasa para degradar alcohol, aunque esto genera sustancias tóxicas que dañan el hígado.

Además, mutaciones en los genes pueden alterar la producción de enzimas y causar problemas como intolerancia a la lactosa o fenilcetonuria.

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Las células regulan la actividad enzimática

Las regulan mediante el control del entorno químico, lo que permite que las enzimas se activen solo en el lugar y momento en que son necesarias.

‌Algunas enzimas son sintetizadas en formas inactivas

Algunas enzimas se producen en forma inactiva para evitar que destruyan a la célula que las sintetiza. Se activan solo en condiciones específicas: la pepsina en el estómago gracias al ácido y la tripsina en el intestino delgado con un pH básico y la acción de otra enzima.

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La actividad enzimática puede inhibirse de forma competitiva o no competitiva

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La actividad enzimática puede inhibirse de forma competitiva o no competitiva

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La inhibición enzimática evita que las células se produzcan en exceso.

- Maneras generales de inhibir una célula

Competitiva: otra molécula compite con el sustrato por el sitio activo, regulando la velocidad de la reacción.

No competitiva: una molécula se une a otro sitio de la enzima, deformando el sitio activo e impidiendo la catálisis, algunos venenos actúan así.

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Inhibición enzimática competitiva y по competitiva 

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Inhibición enzimática competitiva y по competitiva 

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Algunas enzimas están controladas por regulación alostérica - Inhibición por retroalimentación

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Algunas enzimas están controladas por regulación alostérica - Inhibición por retroalimentación

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Enzimas alostéricas: pueden alternar entre una forma activa y una inactiva.

Control: se da cuando moléculas llamadas activadores alostéricos o inhibidores alostéricos se unen en sitios de regulación distintos al sitio activo.

Activadores alostéricos: Estabilizan la forma activa y aumentan la actividad enzimática.

Inhibidores alostéricos: Estabilizan la forma inactiva y disminuyen la actividad enzimática.

Ejemplo:

El ADP funciona como activador, ya que indica que falta ATP y estimula rutas metabólicas para producirlo.

El ATP puede actuar como inhibidor, deteniendo su propia síntesis cuando ya hay suficiente.

Inhibición por retroalimentación:

El producto final de una ruta metabólica bloquea a una enzima que actúa al inicio de la misma.

Esto evita producir más cantidad de la necesaria (similar a un termostato que apaga la calefacción).

Ejemplo: la síntesis de aminoácidos, donde el aminoácido final inhibe enzimas del principio de la ruta.

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Regulación alostérica de una enzima mediante inhibición por reatrolimentación

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Regulación alostérica de una enzima mediante inhibición por reatrolimentación

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Venenos, fármacos y condiciones ambientales influyen en la actividad de las enzimas 

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Venenos, fármacos y condiciones ambientales influyen en la actividad de las enzimas 

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Los venenos y fármacos suelen inhibir la actividad enzimática, ya sea competitiva (ocupan el sitio activo) o no competitiva (se unen a otra parte de la enzima). Las condiciones ambientales extremas, como cambios de temperatura o pH, pueden desnaturalizar la enzima, alterando su estructura y haciendo que pierda su función.

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Algunos venenos y fármacos compiten con el sustrato del sitio activo de la enzima 

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Algunos venenos y fármacos compiten con el sustrato del sitio activo de la enzima 

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Algunos venenos y fármacos actúan como inhibidores competitivos de enzimas, compitiendo con el sustrato por el sitio activo.

El metanol compite con el etanol por la alcohol deshidrogenasa, produciendo formaldehído tóxico (se trata con etanol para bloquearlo).

El ibuprofeno inhibe la enzima que produce compuestos relacionados con dolor, inflamación y fiebre.

Algunos fármacos anticancerígenos bloquean la síntesis de ADN en células que se dividen rápido, evitando su proliferación, pero causan efectos secundarios como caída del cabello y náuseas.

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Algunos venenos y fármacos se enlazan permanentemente a la enzima 

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Algunos venenos y fármacos se enlazan permanentemente a la enzima 

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Algunos venenos y fármacos actúan como inhibidores irreversibles, uniéndose permanentemente a las enzimas.

Pueden bloquear el sitio activo o unirse en otra parte y deformar la enzima.

Ejemplos:

Gases nerviosos e insecticidas: inhiben la acetilcolinesterasa, acumulación de acetilcolina, parálisis y muerte.

Penicilina: bloquea enzimas bacterianas para formar la pared celular, las bacterias mueren.

Arsénico, mercurio y plomo: se unen a enzimas en otras zonas y las inactivan.

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La actividad de las enzimas está influida por el entorno 

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La actividad de las enzimas está influida por el entorno 

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Influencia del entorno en la actividad enzimática

1. Sensibilidad de las enzimas:

Las enzimas tienen estructuras tridimensionales delicadas, mantenidas por enlaces de hidrógeno entre aminoácidos.

Estas estructuras funcionan correctamente solo dentro de condiciones específicas de pH, temperatura y concentración de sales.

Si las condiciones cambian, la enzima se desnaturaliza, perdiendo su forma y capacidad funcional.

2. pH:

Las enzimas humanas funcionan óptimamente cerca de pH 7.4.

Cambios en el pH pueden alterar las cargas de los aminoácidos y afectar la forma de la enzima.

Ejemplos:

Pepsina: funciona en pH ácido (~2) del estómago.

Tripsina: funciona en pH alcalino (~8) del intestino delgado.

3. Temperatura:

Temperaturas bajas: disminuyen la velocidad de las reacciones enzimáticas.

Temperaturas moderadamente altas: aumentan la actividad enzimática.

Temperaturas muy altas: rompen enlaces de hidrógeno y desnaturalizan proteínas (ej. cocción del huevo o insolación en humanos).

Ejemplo extremo: un chico sobrevivió en un lago congelado porque el frío redujo su ritmo metabólico.

4. Concentración de sales:

La sal puede inhibir la actividad enzimática al interferir con los enlaces en las proteínas.

Muchos alimentos se conservaban en sal o soluciones salinas para impedir el crecimiento de bacterias y hongos (ej. tocino, encurtidos).

Algunos organismos requieren altas concentraciones de sal para que sus enzimas funcionen correctamente.

5. Aplicaciones prácticas:

La refrigeración de alimentos disminuye la actividad enzimática de bacterias y hongos, retrasando su descomposición.

Combinaciones de ácido y sal (encurtidos) conservan alimentos por inhibición enzimática.

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Las enzimas humanas funcionan mejor entre límites estrechos de pH y temperatura 

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Las enzimas humanas funcionan mejor entre límites estrechos de pH y temperatura 

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¿Cómo se transporta la energía en las células?

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¿Cómo se transporta la energía en las células?

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Las células obtienen energía al descomponer la glucosa con oxígeno, produciendo agua y dióxido de carbono. Esa energía no se usa directamente, sino que primero pasa a unas moléculas llamadas portadoras de energía, que funcionan como pilas recargables: toman energía en una parte de la célula y la entregan en otra para que se realicen procesos como formar moléculas o mover los músculos. Estas moléculas solo sirven para transportar energía dentro de la célula, no entre células ni para almacenarla a largo plazo.

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ATP, principal portador de energía en las células.

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ATP, principal portador de energía en las células.

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El ATP es como el “dinero” energético de la célula; formándose a partir de ADP + fosfato (usando energía de la glucosa y luego libera esa energía para los procesos celulares), no se acumula ni almacena, ya que se recicla muy rápido, el almacenamiento de energía a largo plazo lo hacen moléculas como glucógeno y lípidos.

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Los portadores de electrones también transportan energía en las células.

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Los portadores de electrones también transportan energía en las células.

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De la misma manera, hay moléculas como el NADH y FADH₂ que cargan electrones con energía. Estos electrones después se usan en reacciones que ayudan a producir más ATP.

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Reacciones acopladas enlazan reacciones exergónicas con endergónicas.

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Reacciones acopladas enlazan reacciones exergónicas con endergónicas.

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En reacciones acopladas, la energía que se libera en una reacción (exergónica, como la degradación de glucosa) se usa para impulsar a otra que necesita energía (endergónica, como fabricar proteínas o glucosa), el ATP es una molécula intermediaria que transfiere esta energía de un proceso a otro.

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¿Cómo favorecen las enzimas las reacciones bioquímicas?

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¿Cómo favorecen las enzimas las reacciones bioquímicas?

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Las células necesitan controlar muchas reacciones para mantener el equilibrio químico y la vida y para lograrlo, usan enzimas (proteínas que aceleran y regulan estas reacciones) gracias a ellas, las reacciones ocurren más rápido y de manera ordenada, permitiendo que las células aprovechen la energía y mantengan funciones vitales.

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La energía de activación es la cantidad mínima de energía que se necesita para iniciar una reacción química. Aunque algunas reacciones liberan energía (como la quema de glucosa), no ocurren automáticamente; requieren un “empujón” inicial para que los reactantes puedan interactuar. Esto se debe a que los átomos y moléculas están rodeados por capas de electrones con carga negativa que se repelen entre sí. Para que se forme un nuevo enlace químico, es necesario vencer esa repulsión, lo cual requiere energía.

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En temperatura corporal, las reacciones espontáneas ocurren con demasiada lentitud para mantener la vida.

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En temperatura corporal, las reacciones espontáneas ocurren con demasiada lentitud para mantener la vida.

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Aunque algunas reacciones pueden ocurrir solas, muchas son muy lentas a 37 °C (como la glucosa con oxígeno), por eso, las células necesitan ayuda para que sucedan más rápido.

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Los catalizadores reducen la energía de activación.

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Los catalizadores reducen la energía de activación.

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Los catalizadores aceleran las reacciones al bajar la energía necesaria para que empiecen, no se consumen, ni cambian permanentemente, y pueden actuar en reacciones que liberan y/o requieren energía.

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Las enzimas son catalizadres biológicos.

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Las enzimas son catalizadres biológicos.

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Las células usan enzimas (proteínas) como catalizadores especializados que solo aceleran reacciones muy específicas; algunas requieren coenzimas (derivadas de vitaminas) las enzimas pueden realizar millones de reacciones por segundo sin alterarse.

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Las estructuras de las enzimas les permiten catalizar ciertas reacciones.

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Las estructuras de las enzimas les permiten catalizar ciertas reacciones.

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Cada enzima tiene un sitio activo donde encaja un sustrato (como llave y cerradura) ahí la enzima acomoda y modifica al sustrato para que la reacción ocurra y después el producto sale y la enzima queda lista para usarse otra vez.

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Las enzimas, como los catalizadores disminuyen la energía de activación.

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Las enzimas, como los catalizadores disminuyen la energía de activación.

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En lugar de una reacción difícil y lenta, las enzimas la dividen en pasos más pequeños, cada uno con menos energía de activación. Así las reacciones pasan fácil y rápido a temperatura corporal.

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Las enzimas controlan la velocidad de liberación de la energía y captan energía del ATP.

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Las enzimas controlan la velocidad de liberación de la energía y captan energía del ATP.

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Gracias a las enzimas, la glucosa no se pierde o quema rápido, sino que se degrada poco a poco, esto permite liberar energía de manera controlada (parte en forma de calor y parte en forma de ATP para que la célula la use).