Transformacion Y Almacenamiento De Energía

Transformación y Almacenamiento de Energía.

Las células eucariontes revelan una serie de características funcionales comunes a todas ellas, como por ejemplo, capacidad de multiplicación, de movimiento, irritabilidad, conducción de impulsos y secreción. Todas las células presentan esas actividades con una mayor o menor intensidad, según sus características especiales. Las células musculares, por ejemplo, tienen una capacidad de contracción altamente desarrollada, pero una capacidad secretora débil o ausente. Mientras que las células glandulares presentan una intensa actividad secretora, pero casi ninguna actividad motora. Sin embargo, todas las células necesitan de energía para realizar sus actividades básicas y especializadas.

La energía utilizada por las células eucariontes, tanto animales como vegetales, proviene de la ruptura gradual de enlaces covalentes de moléculas de compuestos orgánicos ricos en energía. En la célula ve¬getal, esos compuestos son sintetizados con la energía resultante de la transformación de la energía solar en energía química durante el proceso de fotosíntesis (pho-ton, luz y síntesis, síntesis). En la fotosíntesis, gracias al pigmento clorofila, se procesa la acumulación de energía solar bajo la forma de enlaces químicos en los hidratos de carbono, principalmente hexosas, que se polimerizan para formar almidón. Las hexosas originadas en la fotosíntesis son fuente de energía y también de carbono, en condiciones de ser utilizado para la síntesis de diversas macromoléculas orgánicas.

Las células, sin embargo, no usan directamente la energía liberada de los hidratos de carbono y grasas, sino que utilizan un compuesto intermediario, el adenosin-trifosfato (ATP), generalmente producido gracias a la energía contenida en las moléculas de glucosa y ácidos grasos.

Los ácidos grasos son, desde un punto de vista cuantitativo, una fuente energética mucho más impor¬tante que los carbohidratos, ya que, peso a peso rinden mucho más energía que el glucógeno de los tejidos. Mientras que una molécula-gramo de glucosa genera 38 moléculas-gramos de ATP, uno de ácido palmítico genera 126 moléculas-gramo de ATP. Un hombre adulto tiene energía depositada en glucógeno suficiente para apenas un día, pero suficiente grasa para un mes.

El ATP, cuya fórmula está representada en la Fig. 4.1., tiene 2 enlaces ricos en energía (representadas por el signo ~); cuando uno de ellos se rompe, libera aproximadamente 10 kilocalorías por molécula-gramo. Generalmente, sólo un enlace es roto, según la ecuación ATP -» ADP + Pi + energía (Pi significa fosfato inorgánico, y ADP adenosin-difosfato).

El citoplasma contiene energía acumulada en los depósitos de moléculas de triacilglicéridos (grasas neutras), de moléculas de glucógeno y también, bajo la forma de compuestos intermediarios (metabolitos) ricos en energía, de los cuales el principal es el ATP.

Los triacilglicéridos y el glucógeno representan un acumulo de energía bajo una forma estable y concentrada, pero más difícilmente accesible, mientras que el ATP es un compuesto inestable, que no contiene energía tan concentrada, pero más fácilmente utilizable porque la enzima que rompe la molécula de ATP (ATPasa) es muy abundante en la célula. La descomposición de la glucosa en agua y gas carbónico, que ocurre durante la respiración celular, rinde 690 kcal/ mol, mientras que la hidrólisis de los dos enlaces ricos en energía del ATP rinde solamente 20 kcal/mol. Los hidratos de carbono y grasas pueden ser comparados a dinero en el banco, y ATP, dinero en el bolsillo. De hecho, el dinero depositado en el banco es estable (teóricamente, no sujeto a robo o pérdidas) y puede ser .acumulado en grandes sumas. Mientras que el dinero en el bolsillo (ATP) es inestable, sólo se puede guardar en cantidades.limitadas, pero es fácilmente accesible cuando es necesario.

La combustión de la glucosa libera una cantidad fija de energía y consume oxígeno. El resultado de esa operación, que puede ser realizada en un aparato llamado calorímetro, produce calor (690 kcal/mol), agua y gas carbónico, según la ecuación:

C6H1:O6+ 6O, = 6CO: + 6H,O + calor (energía)

Esta combustión de glucosa es, sin embargo, un proceso violento que lleva el calorímetro rápidamente a temperaturas altas. Si esto ocurriera dentro de una célula, ella $e quemaría instantáneamente.

Por eso es que para retirar la energía de los nutrientes, la célula desarrolló un sistema que los oxida lentamente, liberando energía gradualmente, y produciendo agua y CO2. A ese proceso se le llamó respiración celular, y cabe a los genios Lavoisier y Laplace definir la respiración como "un tipo de combustión, muy lenta, pero no obs¬tante enteramente análoga a la del carbón".

Las células utilizan dos mecanismos para retirar energía de los nutrientes: la glicólisis anaeróbica y la fosforilación oxidativa.

La glicólisis anaeróbica produce apenas dos moles de ATP por cada mol de glucosa

La glicólisis anaeróbica es el proceso por el cual una secuencia de aproximadamente 11 enzimas del citosol o matriz citoplasmática promueven una serie de transformaciones graduales de una molécula de glucosa, sin consumo de oxígeno, produciendo dos moléculas de piruvato y liberando la energía que es almacenada en dos moléculas de ATP. El ATP se forma a partir del ADP y del fosfato inorgánico (Pi) existentes en el citosol, según la ecuación:

2 ADP + 2 Pi + energía de la glucosa -> 2 ATP

En este proceso la célula almacena 20 kcal por cada molécula-gramo de glucosa degradada. Esa degradación de la glucosa no necesita de oxígeno, razón por la cual es llamada glicólisis anaeróbica o fermentación. En la levadura de cerveza, en condiciones anaeróbicas, la glicólisis continúa, transformándose el piruvato en etanol después de una serie de reacciones enzimáticas. La fermentación proporciona a la levadura do corvo/a la energía necesaria para su mantención y reproducción, siendo designada como fermentación alcohólica, porque el producto final es el alcohol etílico.

La glicólisis es, desde un punto de vista de rendimiento energético, un proceso poco eficiente, ya quju1... de las 690 kcal/mol presentes en la glucosa, apenas 20 son aprovechadas. Como la glicólisis es un proceso rudimentario, las células desarrollaron, a lo largo do la evolución, mecanismos más eficaces de extracción de energía.

Gracias a la fosforilación oxidativa, cada mol de glucosa produce 36 moles de ATP

Después del aparecimiento del oxígeno

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