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6.1: Introducción

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    Solíamos obtener tablas de vías metabólicas como la que ves aquí libres de vendedores de reactivos bioquímicos. Esta es una imagen de alta resolución; si haces zoom, en realidad puedes leer el contenido..., ¡pero no sientas que debes hacerlo! El panorama general es correcto en macro- detalle, pero es probable que el gráfico esté desactualizado en pequeños detalles nuevos. En este capítulo, hacemos zoom en la pequeña región en el centro del gráfico, abarcando la glucólisis y el ciclo de Krebs.

    Hemos mirado los principios que rigen la termodinámica (el flujo de energía en el universo) y la bioenergética (flujo de energía en los sistemas vivos). Vimos evidencia de que la energía se puede intercambiar entre componentes en el universo, pero que no puede ser creada ni destruida. Eso convierte al universo en un sistema cerrado, una conclusión codificada como la primera ley de la termodinámica. Personalmente, me parece preocupante que no haya escapatoria del universo..., es decir, hasta que me recuerde que el universo es un lugar bastante grande, y no soy más que una pequeña parte de un sistema pequeño. Puedes definir sistemas por ti mismo: el sistema solar, el planeta tierra, el país al que te comprometes lealtad, tu ciudad o pueblo, tu escuela, una granja u granja...! Entonces puede derivar consuelo al darse cuenta de que puede pasar de un sistema a otro e incluso intercambiar bienes y servicios entre ellos. Esta es una metáfora del flujo de energía entre sistemas en el universo. También dijimos que la primera ley se aplica a los sistemas cerrados dentro del universo..., ¡y que no hay sistemas cerrados en el universo! Cualquier sistema en el universo es abierto, siempre intercambiando energía y masa con sistemas vecinos. Lo que queremos decir con el término 'sistema cerrado' es que podemos definir y aislar alguna pequeña parte del universo, para luego medir cualquier energía que este sistema aislado ceda a su entorno, o absorba de él. La demostración más simple de la primera ley en acción fue el calorímetro de bomba que mide el calor liberado o absorbido durante una reacción química.

    El segundo concepto decía que la energía fluye de un lugar a otro sólo cuando puede. En la lengua vernácula, decimos que la energía fluye cuesta abajo. Todo lo que sucede en el universo (una galaxia que se mueve por el espacio, un planeta girando, te levantas de la cama, el café, el azúcar ardiendo en tus células, tu ADN replicando) lo hace debido a un flujo de energía cuesta abajo. Vimos que por definición, cualquier acontecimiento o acontecimiento en el universo, por grande o pequeño que sea, es espontáneo, ocurriendo con una liberación de energía libre. Recuerda, ¡espontáneo significa “por sí mismo” y no necesariamente instantáneo o rápido! Finalmente, notamos que cuando las enzimas catalizan reacciones bioquímicas en un sistema cerrado, las reacciones aún alcanzan el equilibrio, a pesar de la mayor velocidad de la reacción catalizada. ¿Qué le dice esto sobre la energía de las reacciones catalizadas en sistemas cerrados?

    Con este breve recordatorio sobre el flujo de energía y lo que hacen las enzimas, pasaremos a la pregunta de cómo nuestras células capturan la energía libre de nutrientes. Esto incluirá ejemplos de la energía de sistemas cerrados que alcanzan el equilibrio, ¡y sistemas abiertos que no! Primero abordaremos la glucólisis, una vía anaeróbica para generar energía química a partir de la glucosa, así como la primera de varias vías de respiración. Luego veremos la Gluconeogénesis, una inversión regulada de la glucólisis. Nos preguntamos cuándo, dónde y por qué querríamos hacer, en lugar de quemar glucosa. Por último, comenzamos una discusión sobre la respiración con una mirada al Ciclo Krebs.

    La vía respiratoria completa se puede resumir mediante la siguiente ecuación:

    \[C6H12O6 + 6O2 ⇔ 6CO2 + 6H2O\]

    El cambio estándar de energía libre para esta reacción (Δ Go) es de aproximadamente -687kcal/mol. Esa es la cantidad máxima de energía libre de nutrientes que está (al menos en teoría) disponible a partir de la respiración completa de un mol de glucosa. Dado el costo de aproximadamente 7.3 Kcal para hacer cada mol de ATP (trifosfato de adenosina), ¿cuántos moles de ATP podría producir una célula después de quemar un mol de glucosa? Ya lo resolveremos aquí.

    Objetivos de aprendizaje

    Cuando hayas dominado la información de este capítulo, deberías ser capaz de:

    1. explicar la diferencia entre fermentación y glicólisis respiratoria y el papel de las reacciones redox en ambos procesos.

    2. calcular y luego comparar y contrastar D Go y D G' para la misma reacción, y explicar cualquier diferencia en la energía libre en sistemas abiertos y cerrados.

    3. describir y explicar los eventos principales de la primera etapa de la glucólisis y rastrear los cambios de energía libre a través de la formación de G-3-P.

    4. describir y explicar los principales eventos de la segunda etapa de la glucólisis y rastrear los cambios de energía libre a través de la formación de piruvato y ácido láctico.

    5. exponer el papel de las reacciones redox en la glucólisis y fermentación.

    6. comparar y contrastar la glucosa (es decir, carbohidratos en general), ATP, NADH y FADH2 como moléculas de alta energía. [Solo por diversión, haz clic en Poder en la Sopa Primordial para leer algunas especulaciones lejanas sobre las moléculas prebióticas de alta energía que podrían haber existido cuando la ATP estaba siendo contratada para el trabajo!].

    7. explicar por qué solo unos pocos tipos de células en el cuerpo humano realizan la gluconeogénesis.

    8. explicar por qué la gluconeogénesis, una vía energéticamente desfavorable, ocurre en absoluto.

    9. explicar por qué funciona la Dieta Atkins y especula sobre su lado negativo (y el de la dieta de South Beach relacionada).

    10. explicar el concepto de un súper catalizador.

    11. explicar por qué habría evolucionado un súper catalizador como el Ciclo Krebs.

    12. explicar el papel de los enlaces de alta energía y los portadores de electrones en el ciclo de Krebs.

    13. comparar enlaces éster fosfato en ATP y GTP, y enlace tioéster en acetil-S-CoA y succinil-S-CoA en términos de energía y sus reacciones bioquímicas.

    especular sobre por qué el Ciclo de Krebs en E. coli genera moléculas GTP y por qué genera moléculas ATP eucariotas.


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