3.10: Reacciones químicas en los seres vivos

Línea de Ensamblaje

Nos mantenemos vivos porque millones de reacciones químicas diferentes están ocurriendo dentro de nuestros cuerpos todo el tiempo. Cada una de nuestras celdas es como la concurrida línea de ensamblaje de automóviles que se muestra aquí. Las materias primas, los productos semiacabados y los materiales de desecho se utilizan, producen, transportan y excretan constantemente. Los “trabajadores” de la línea de ensamblaje celular son principalmente enzimas. Estas son las proteínas que hacen que ocurran las reacciones bioquímicas.

Figura\(\PageIndex{1}\): Línea de montaje

¿Qué son las reacciones bioquímicas?

Las reacciones químicas que tienen lugar dentro de los seres vivos se denominan reacciones bioquímicas. La suma de todas las reacciones bioquímicas en un organismo se conoce como metabolismo. El metabolismo incluye tanto reacciones químicas exotérmicas (liberadoras de calor) como reacciones químicas endotérmicas (absorbentes de calor).

Reacciones Catabólicas

Las reacciones exergónicas en los organismos se denominan reacciones catabólicas. Estas reacciones descomponen las moléculas en unidades más pequeñas y liberan energía. Un ejemplo de una reacción catabólica es la descomposición de la glucosa durante la respiración celular, que libera la energía que las células necesitan para llevar a cabo procesos de vida.

Reacciones Anabólicas

Las reacciones endergónicas en los organismos se denominan reacciones anabólicas. Estas reacciones absorben energía y construyen moléculas más grandes a partir de otras más pequeñas. Un ejemplo de una reacción anabólica es la unión de aminoácidos para formar una proteína. ¿Qué tipo de reacciones —catabólicas o anabólicas— crees que ocurren cuando tu cuerpo digiere los alimentos?

Enzimas

La mayoría de las reacciones bioquímicas en los organismos necesitan ayuda para tener lugar. ¿Por qué es este el caso? Por un lado, las temperaturas suelen ser demasiado bajas dentro de los seres vivos para que las reacciones bioquímicas ocurran lo suficientemente rápido como para mantener la vida. Las concentraciones de reactivos también pueden ser demasiado bajas para que se unan y reaccionen. ¿De dónde obtienen las reacciones bioquímicas la ayuda que necesitan para proceder? La ayuda proviene de las enzimas.

Una enzima es una proteína que acelera una reacción bioquímica. Es un catalizador biológico. Una enzima generalmente funciona reduciendo la cantidad de energía de activación necesaria para iniciar la reacción. La figura\(\PageIndex{2}\) muestra la energía de activación necesaria para que la glucosa se combine con el oxígeno para producir dióxido de carbono y agua. La reacción general libera energía, pero se necesita una energía de activación inicial para iniciar el proceso. La energía de activación sin una enzima es mucho mayor que la energía de activación cuando se usa una enzima.

Figura\(\PageIndex{2}\): Acción enzimática. Esta gráfica muestra lo que sucede cuando la glucosa se combina con el oxígeno. Una enzima acelera la reacción al disminuir la energía de activación. Compare la energía de activación necesaria con y sin la enzima.

Qué tan bien funcionan las enzimas

Las enzimas están involucradas en la mayoría de las reacciones bioquímicas, y hacen su trabajo extremadamente bien. ¡Una reacción bioquímica típica que tardaría varios días o incluso varios siglos en ocurrir sin una enzima es probable que ocurra en solo una fracción de segundo con la enzima adecuada! Sin enzimas para acelerar las reacciones bioquímicas, la mayoría de los organismos no podrían sobrevivir. Las enzimas son específicas del sustrato. El sustrato de una enzima es la sustancia específica a la que afecta (Figura\(\PageIndex{3}\)). Cada enzima trabaja únicamente con un sustrato en particular, lo que explica por qué hay tantas enzimas diferentes. Además, para que una enzima funcione, requiere condiciones específicas, como la temperatura y el pH adecuados. Algunas enzimas funcionan mejor en condiciones ácidas, por ejemplo, mientras que otras funcionan mejor en ambientes neutros.

Trastornos por Deficiencia Enzimática

Hay cientos de trastornos metabólicos heredados conocidos en humanos. En la mayoría de ellos, una sola enzima o bien no es producida por el cuerpo en absoluto o se produce en una forma que no funciona. La enzima faltante o defectuosa es como un trabajador ausente en la línea de ensamblaje de la celda. La ausencia de la enzima normal significa que los químicos tóxicos se acumulan o no se elabora un producto esencial. Generalmente, falta la enzima normal porque el individuo con el trastorno heredó dos copias de una mutación génica, lo que pudo haber ocurrido originalmente muchas generaciones en el pasado.

Cualquier trastorno metabólico hereditario es generalmente bastante raro en la población general. Sin embargo, hay tantos trastornos metabólicos diferentes que se puede esperar que un total de 1 de cada 1,000 a 2,500 recién nacidos tengan uno. En ciertas poblaciones étnicas, como los judíos asquenazíes (judíos de ascendencia de Europa central y oriental), la tasa de ciertos trastornos metabólicos heredados es mucho mayor.

Figura\(\PageIndex{3}\): La figura muestra cómo las enzimas convierten los sustratos en productos. El sustrato (A) se une en el sitio de activación de la enzima (D) y forma un complejo sustrato-enzima (B). Luego, la enzima convierte el sustrato en el producto (C) rompiendo o haciendo enlaces entre los átomos del sustrato.

Funcionalidad: Fuentes confiables

El más común de todos los trastornos conocidos por deficiencia de enzimas es la deficiencia de glucosa-6-fosfato-deshidrogenasa, o G6PD. En Estados Unidos, el trastorno ocurre con mayor frecuencia en hombres afroamericanos. La enzima G6PD es necesaria para prevenir la descomposición anormal de los glóbulos rojos. Sin la enzima, los glóbulos rojos se descomponen prematuramente y resulta anemia.

Elija uno de los siguientes temas sobre la deficiencia de G6PD:

• base genética
• signos y síntomas
• diagnóstico y tratamiento
• distribución en todo el mundo

Para el tema, elegiste, entra en línea para conocer más sobre él. Encuentre al menos tres fuentes de información adicional que considere confiables. Comparar la información proporcionada por las diferentes fuentes, e identificar cualquier discrepancia entre ellas. Realizar investigaciones adicionales en línea según sea necesario para tratar de encontrar una visión consensuada confiable del tema discrepante.

Revisar

1. ¿Qué son las reacciones bioquímicas?
2. Definir el metabolismo.
3. Comparar y contrastar reacciones catabólicas y anabólicas.
4. Explicar el papel de las enzimas en las reacciones bioquímicas.
5. ¿Qué son los trastornos por deficiencia de enzimas?
6. Verdadero o Falso. El metabolismo es un tipo específico de catabolismo.
7. Verdadero o Falso. Las reacciones bioquímicas incluyen reacciones catabólicas y anabólicas.
8. Explicar por qué la temperatura relativamente baja de los seres vivos, así como la baja concentración de reactivos, provocarían reacciones bioquímicas que ocurrieran muy lentamente en el cuerpo sin enzimas.
9. Responde las siguientes preguntas sobre lo que sucede después de comer un sándwich.
   1. Trozos del sándwich entran en tu estómago, donde hay enzimas digestivas que descomponen la comida. ¿Qué tipo de reacción metabólica es esta? Explica tu respuesta.
   2. A través del proceso de digestión, parte del sándwich se descompone en glucosa, que luego se descompone aún más para liberar energía que sus células pueden usar. ¿Es esta una reacción exergónica o endergónica? Explica tu respuesta.
   3. Las proteínas en el queso, la carne y el pan en el sándwich se descomponen en sus aminoácidos componentes. Entonces tu cuerpo usa esos aminoácidos para construir nuevas proteínas. ¿Qué tipo de reacción metabólica está representada por la construcción de estas nuevas proteínas? Explica tu respuesta.
10. Explica por qué tu cuerpo no solo usa una o dos enzimas para todas sus reacciones bioquímicas.
11. ¿Cómo se llama la sustancia específica que afecta la enzima en una reacción bioquímica?
12. Una enzima es una
    1. catabolismo
    2. forma de energía de activación
    3. catalizador
    4. reactante

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Atribuciones

1. Asamblea Final por Brian Snelson, licenciado CC BY 2.0 vía Wikimedia Commons
2. Acción enzimática de Hana Zavadska para CK-12 con licencia CC BY-NC 3.0
3. Enzimas por SweetChickad, licencia CC BY-NC-SA 2.0 vía Flickr
4. Texto adaptado de Biología Humana por CK-12 licenciado CC BY-NC 3.0