EVOLUCION DE LOS PROCESOS ENERGETICOS

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Catalisis enzimatica

Las reacciones químicas que ocurren en los sistemas vivientes son tan variadas como complejas. Sin embargo, la naturaleza provee velocidades de reacción en condiciones por demás suaves, que harían avergonzar al mejor químico. La mayoría de las reacciones que ocurren en los sistemas vivos son catalizadas por proteínas conocidas con el nombre de enzimas. Cientos de enzimas han sido aisladas y probablemente existen cientos de miles en la naturaleza. Su estructura es muy compleja, y puede ser representada como se muestra en la figura 4.

Las enzimas reciben su nombre en función de su actividad específica, así, por ejemplo, la enzima “ureasa” cataliza con eficiencia la hidrólisis de la urea, las proteasas actúan sobre las proteínas, las amidasas sobre las amidas, etc. Todas las enzimas desde el punto de vista químico son proteínas, pero pueden asociarse con substancias no proteínicas, llamadas coenzimas o grupos prostéticos, que son esenciales para la acción de la enzima. A veces las enzimas son inactivas catalíticamente, si no se encuentran en presencia de ciertos iones metálicos. A la luz de muchos estudios se ha logrado establecer que no toda la molécula de proteína presenta actividad catalítica, sino únicamente una región relativamente pequeña, la cual se denomina centro activo. Los mecanismos de reacción de las enzimas son muy complejos, implicando un número de etapas elementales cada una de las cuales puede incluir interacciones complejas entre varios grupos de las moléculas de la enzima y el sustrato. En las reacciones catalizadas por enzimas las velocidades de reacción, así como los mecanismos se ven afectados por cambios en la concentración, el pH y la temperatura.

Los procesos de producción de energía y de síntesis de componentes celulares son compartidos por todas las formas de vida.

Por el hecho de que las primeras células tuvieron origen en una atmósfera sin oxígeno, y de que la glucólisis es una ruta metabólica altamente conservada en todas las células, las fermentaciones anaerobias son posiblemente las rutas metabólicas más antiguas para obtención de energía por degradación de moléculas orgánicas.

En células anaerobias, la fermentación alcohólica, la fermentación láctica o alguna otra fermentación anaerobia puede ser el único proceso productor de energía.

El desarrollo de la fotosíntesis permitió usar la energía de la luz solar como fuente de energía y con el paso del tiempo, gracias a la acumulación en la atmósfera del oxígeno liberado por los procesos de fotosíntesis, permitió la aparición de las células aeróbias.

Vemos la dualidad que aparece:

-La fotosíntesis usa la energía solar para transformar dióxido de carbono y agua en glucosa y oxígeno.

-La respiración permite transformar glucosa y oxígeno en dióxido de carbono y agua, liberando una cierta cantidad de energía. Justo el proceso inverso.

Tenemos así un cliclo de energía: la energía solar se transforma en energía química que puede ser aprovechada por todas las formas de vida de la Tierra.

Para armar una molécula hacen falta muchos elementos, a saber:

1. Materia prima con la cual construir

2. Operarios especializados: las enzimas

3. Transferencia de electrones y de materiales preelaborados (dentro o fuera de la célula)

4. Energía para unir los átomos en las combinaciones deseadas.

Las enzimas son las moléculas responsables de "elegir" entre una enorme cantidad de reacciones posibles, cuáles de ellas van a ocurrir y cuáles no.

¿Cómo actúan las enzimas?

Como vimos hasta ahora, la velocidad de las reacciones dependen del contacto entre las unidades químicas (átomos, moléculas, etc.), que a partir del movimiento térmico (calor) producen colisiones entre esas mismas unidades. Por lo tanto para cada temperatura existirá una velocidad de coalición determinada.

La energía que se necesita para que se produzca una reacción determinada se llama "energía de activación".

Las reacciones químicas que se dan siempre requieren de una gran energía de activación. Pero a diferencia de lo que ocurre en un laboratorio, los organismos biológicos no están preparados para soportar esa energía. Por ese motivo los sistemas vivos han desarrollado un compuesto químico, que les sirve para llegar a una energía de activación alta sin destruirse. Este compuesto se llama CATALIZADOR , el cual aumenta la velocidad de coalición molecular sin calor adicional produciendo un proceso llamado catálisis.

[pic 1]

En la naturaleza existen diversos catalizadores, pero aquellos que son producidos por los organismos vivos se los conoce como catalizador biológico o ENZIMA.(*)

La enzima es un complemento para el movimiento térmico, ósea disminuye los recursos de la energía activación permitiendo una velocidad de reacción, a una temperatura inferior a la realmente necesaria (fig.1).

¿Qué tipo de molécula es una enzima?

Las enzimas son proteínas de tipo globular, complejas.

¿Qué característica presenta?

a. Es específicas

a. Actúa en baja concentración

a. No sufre modificaciones

a. Se recupera intacta al final de la reacción

- No afecta el equilibrio de la reacción, pero sí su velocidad.(**)

¿Cómo trabajan?

La enzima se une con una molécula del sustrato para formar un complejo enzima-sustrato (ES), que, a su vez, se disocia en el producto y la enzima, que se recupera:

[pic 2]

El sustrato es, casi siempre, más pequeño que la enzima y se une a ésta en un lugar específico llamado sitio activo. Típicamente, el sitio activo es una pequeña abertura o hendidura en la estructura tridimensional de la enzima.

Por lo general, la concentración del sustrato es mayor que la de la enzima, [S]