7.2: Energía en Sistemas Vivos - Electrones y Energía
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- Describir el papel que juegan los electrones en la producción y almacenamiento de energía
Electrones y Energía
La eliminación de un electrón de una molécula a través de un proceso llamado oxidación da como resultado una disminución en la energía potencial almacenada en el compuesto oxidado. Cuando ocurre la oxidación en la célula, el electrón (a veces como parte de un átomo de hidrógeno) no permanece unido en el citoplasma. En cambio, el electrón se desplaza a un segundo compuesto, reduciendo el segundo compuesto (la oxidación de una especie siempre ocurre en tándem con la reducción de otra).
El desplazamiento de un electrón de un compuesto a otro elimina cierta energía potencial del primer compuesto (el compuesto oxidado) y aumenta la energía potencial del segundo compuesto (el compuesto reducido). La transferencia de electrones entre moléculas a través de la oxidación y reducción es importante porque la mayor parte de la energía almacenada en los átomos está en forma de electrones de alta energía; es esta energía la que se utiliza para alimentar las funciones celulares. La transferencia de energía en forma de electrones permite que la célula transfiera y utilice la energía de manera incremental: en paquetes pequeños más que como una sola ráfaga destructiva.
Portadores de electrones
En los sistemas vivos, una pequeña clase de moléculas funciona como lanzaderas de electrones: se unen y transportan electrones de alta energía entre compuestos en vías celulares. Los principales portadores de electrones que consideraremos son derivados del grupo de la vitamina B, que son derivados de nucleótidos. Estos compuestos se pueden reducir fácilmente (es decir, aceptan electrones) u oxidarse (pierden electrones). Nicotinamida adenina dinucleótido (NAD) se deriva de la vitamina B3, niacina. NAD + es la forma oxidada de la niacina; NADH es la forma reducida después de haber aceptado dos electrones y un protón (que juntos son el equivalente de un átomo de hidrógeno con un electrón extra). Es de destacar que el NAD + debe aceptar dos electrones a la vez; no puede servir como portador de un electrón.
NAD + puede aceptar electrones de una molécula orgánica de acuerdo con la ecuación general:
RH (Agente reductor) + NAD + (Agente oxidante) → NADH (Reducido) + R (Oxidado)
Cuando se agregan electrones a un compuesto, el compuesto se reduce. Un compuesto que reduce otro se llama agente reductor. En la ecuación anterior, RH es un agente reductor y NAD + se reduce a NADH. Cuando se eliminan electrones de un compuesto, el compuesto se oxida. En la ecuación anterior, NAD + es un agente oxidante y RH se oxida a R. La molécula NADH es crítica para la respiración celular y otras vías metabólicas.
De igual manera, el dinucleótido flavina adenina (FAD +) se deriva de la vitamina B 2, también llamada riboflavina. Su forma reducida es FADH 2. Una segunda variación de NAD, NADP, contiene un grupo fosfato extra. Tanto el NAD + como el FAD + son ampliamente utilizados en la extracción de energía de azúcares, y el NADP juega un papel importante en las reacciones anabólicas y la fotosíntesis.
Puntos Clave
- Cuando se agregan electrones a un compuesto, el compuesto se reduce; un compuesto que reduce otro se llama agente reductor.
- Cuando se eliminan electrones de un compuesto, el compuesto se considera oxidado; un compuesto que oxida a otro se llama agente oxidante.
- La transferencia de energía en forma de electrones permite que la célula transfiera y utilice energía de manera incremental.
- Los principales portadores de electrones son NAD+ y NADH porque pueden oxidarse y reducirse fácilmente, respectivamente.
- NAD+ es la forma oxidada de la niacina y NADH es la forma reducida después de haber aceptado dos electrones y un protón.
Términos Clave
- oxidación: Una reacción en la que los átomos de un elemento pierden electrones y la valencia del elemento aumenta.
- reducción: Una reacción en la que se obtienen electrones y se reduce la valencia; a menudo por la eliminación de oxígeno o la adición de hidrógeno.
- nicotinamida adenina dinucleótido: (NAD) Una coenzima orgánica involucrada en reacciones biológicas de oxidación y reducción.
- lanzadera de electrones: moléculas que se unen y transportan electrones de alta energía entre compuestos en vías celulares