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5.5: Reacciones de Acoplamiento

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    Hay un gran número de diferentes tipos de reacciones que ocurren dentro de las células. Como regla general, una reacción que produzca moléculas más pequeñas a partir de otras más grandes se verá favorecida termodinámicamente, mientras que las reacciones que producen moléculas más grandes a partir de las más pequeñas serán desfavorables. De igual manera se favorecerá una reacción que lleve a que una molécula se mueva de una región de mayor concentración a una región de menor concentración. Entonces, ¿cómo podemos construir exactamente las grandes moléculas, como el ADN y las proteínas, y los gradientes de concentración de los que depende la vida?

    Como señalamos antes las reacciones pueden colocarse en dos grupos, los que se ven favorecidos termodinámicamente (ΔG negativo, la constante de equilibrio es mayor, típicamente mucho mayor, que 1) y los que son desfavorables (positivo\(ΔG\), constante de equilibrio menor, a menudo mucho menor que 1). Las reacciones termodinámicamente favorecidas suelen asociarse con la liberación de energía y la descomposición de diversas formas de alimentos (conocidas genéricamente como catabolismo), mientras que las reacciones que construyen biomoléculas (conocidas genéricamente como anabolismo) suelen ser termodinámicamente desfavorables. El metabolismo de un organismo es la suma total de todas estas diversas reacciones.

    Las reacciones desfavorables ocurren cuando se acoplan a reacciones termodinámicamente favorables. Esto requiere que las dos reacciones compartan un intermedio común. En este ejemplo las dos reacciones comparten el componente “D”. Supongamos que la reacción superior es desfavorable mientras que la reacción inferior es favorable. ¿Qué pasa? Supongamos que ambas reacciones están ocurriendo a velocidades medibles, tal vez a través de la mediación de catalizadores apropiados, que actúan para disminuir la energía de activación de una reacción, y que E está presente dentro del sistema. Al inicio de nuestro análisis, las concentraciones de A y B son altas. Entonces podemos usar el principio de Le Chatelier para hacer nuestras predicciones 152.

    Ilustremos cómo funciona el principio de Le Chatelier. Asumir por el momento que la reacción

    \[A + B \rightleftharpoons C + D\]

    ha alcanzado el equilibrio. Ahora considera qué pasa con la reacción si, por ejemplo, eliminamos (de alguna manera, no te preocupes por cómo) todos los\(C\) del sistema. Alternativamente, considere lo que sucede si agregamos más B al sistema. La respuesta es que la reacción se mueve hacia la derecha aunque esa reacción sea termodinámicamente desfavorable, para restablecer la condición de equilibrio. Si se eliminaran todos los C, la reacción de C+ D a A + B no podría ocurrir; la reacción A + B continuaría de manera desequilibrada hasta que aumentara el nivel de C (y D) y la reacción de C + D a A + B equilibraría la reacción de A + B a C + D. En el segundo caso, la adición de B conduciría al aumento de la producción de C + D hasta que su concentración alcanzara un punto en el que la reacción de C + D a A + B equilibró la reacción de A + B a C + D. Este tipo de comportamiento surge directamente del hecho de que en equilibrio los sistemas de reacción no son estáticos, sino dinámicos (a nivel molecular) —las cosas siguen ocurriendo, simplemente están equilibradas para que no se produzca ningún cambio neto. Cuando agregas o quitas algo del sistema, éste se desequilibra, es decir, ya no está en equilibrio. Debido a que las reacciones están ocurriendo a un ritmo medible, el sistema volverá al equilibrio con el tiempo.

    Así que volvamos a nuestro sistema de reacción. A medida que se produce la reacción desfavorable de A + B y se acerca al equilibrio, producirá una pequeña cantidad de C + D. Sin embargo, la reacción D + es favorable; producirá F mientras que al mismo tiempo elimina D del sistema. A medida que se elimina D, influye en la reacción A+B (porque hace que la “reacción posterior” de C + D sea menos probable aunque continúe la “reacción hacia adelante” de A+B). El resultado es que se producirán más C y D. Suponiendo que estén presentes cantidades suficientes de E, se eliminarán más D. El resultado final es que, aunque sea energéticamente desfavorable, se producirán cada vez más C y D, mientras que D se utilizará hasta hacer F. Es la presencia del componente común D y su utilización como reactivo en la reacción D + E lo que impulsa la síntesis de C a partir de A y B, algo que haría normalmente no se espera que ocurra en gran medida. Imagínese entonces, ¿qué pasa si C es también un reactivo en alguna otra reacción favorable (s)? De esta manera, los sistemas de reacciones se vinculan entre sí, y el sistema biológico procede a utilizar energía y materia del mundo exterior para producir las moléculas complejas necesarias para su mantenimiento, crecimiento y reproducción 153.

    Preguntas para responder y reflexionar

    • ¿Cuáles son los componentes comunes de un sistema de no equilibrio y cómo un tardigrado seco cumple esos requisitos?
    • Usas la fricción para encender un fuego. ¿De dónde viene la energía liberada por el fuego?
    • Una reacción está en equilibrio y aumentamos la cantidad de reactivo. ¿Qué sucede en cuanto a la cantidad de reactivo y producto?
    • Una reacción está en equilibrio y aumentamos la cantidad de producto. ¿Qué sucede en cuanto a la cantidad de reactivo y producto?
    • ¿Qué hace la adición de un catalizador a un sistema que ya está en equilibrio?
    • ¿Qué hace la adición de un catalizador a un sistema lejos del equilibrio?
    • ¿De dónde viene la energía para alcanzar el estado de activación/reacción intermedia?
    • ¿Por qué un catalizador no cambia el estado de equilibrio de un sistema?
    • ¿Por qué se requieren catalizadores de por vida?

    Referencias

    1. http://en.wikipe Crear enlace dia.org/wiki/Le_Chatelier's_principle
    2. haha.nu/ciencia/el-asombroso-cuerpo-humano/

    Colaboradores y Atribuciones


    This page titled 5.5: Reacciones de Acoplamiento is shared under a not declared license and was authored, remixed, and/or curated by Michael W. Klymkowsky and Melanie M. Cooper.