Reacciones de óxidoreducción de rutas bioenergéticas

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Reacciones de óxido reducción en rutas bioenergéticas[editar]

La bioenergética, o termodinámica bioquímica es el estudio cuantitativo de las transducciones de energía que tienen lugar en las células vivas, también estudia la naturaleza y función de los procesos químicos sobre los que se basan estas transducciones así como los cambios de energía que acompañan a las reacciones bioquímicas.

Los sistemas biológicos son, en esencia, isotérmicos y en ellos se utiliza la energía química para activar los procesos vitales. La forma en que una animal obtiene combustible adecuado para proporcionarse esta energía mediante los alimentos es básica para comprender la nutrición y el metabolismo normales.

Modelo termodinámico abierto, aplicable a sistemas vivos

La muerte por inanición sucede cuando se agotan las reservas de energía disponible, y ciertas variantes de desnutrición se acompañan de un desequilibrio energético llamado marasmo. Las hormonas tiroideas regulan la cantidad de energía liberada llamada tasa metabólica y la enfermedad es resultado del mal funcionamiento.

El almacenamiento elevado de los excedentes de energía trae como consecuencia la obesidad, una de las enfermedades más comunes en la sociedad occidental.[1]

Energía libre[editar]

La energía libre es energía útil en un sistema. El cambio en la energía libre ó ΔG, definido por Gibbs, corresponde a la parte del cambio en la energía total de un sistema disponible para realizar trabajo; es decir, constituye la energía útil, conocida también como potencial químico. Los sistemas biológicos cumplen con las leyes generales de la termodinámica.

Las células aeróbicas deben producir energía químicamente fiable y utilizable para aquellos procesos que la requieran y que son necesarios para su actividad vital. Los procesos de síntesis celular pueden ocurrir mediante el suministro adecuado de energía proveniente de procesos catabólicos. Desde el punto de vista bioquímico los procesos consumidores de energía que ocurren en la materia viva deben de estar conectados con procesos en los cuales la energía es liberada.

En los organismos superiores el principal proceso productor de energía lo constituyen la oxidación de las moléculas orgánicas presentes en los alimentos las cuales oxidadas totalmente rinden CO2 y H2O con liberación de energía.

Vía metabólica de la glucólisis en la que la célula oxida glucosa para obtener energía

En las células de los sistemas biológicos aeróbicos la mayor parte de la energía para los procesos catabólicos procede de una transferencia de electrones, desde las moléculas orgánicas combustibles hasta el oxígeno molecular. En los animales, la oxidación de los carbohidratos y las grasas constituyen la fuente principal suministradora de energía, mientras que en algunos microorganismos tienen la facultad de obtener energía química a partir de procesos que no requieren la participación de O2.[2]

Reacciones de oxido-reducción biológicas[editar]

Las reacciones de oxidación-reducción llamadas también redox; son aquellas en las que tienen lugar una transferencia de electrones desde un dador electrónico o agente reductor, hasta un aceptor electrónico o el agente oxidante. También puede considerarse reacciones de oxidación aquellas en las cuales ocurre la pérdida de átomos de hidrógeno o la ganancia de oxígeno existiendo siempre, paralelamente, sus correspondientes reacciones de reducción para formar el redox.

Ejemplo de reacción redox de importancia biológica

La transferencia de electrones en las reacciones de oxidación-reducción implica la pérdida de electrones por una especie química, que así oxidada, y la ganancia de electrones por otra, que es reducida.[3] El flujo de electrones en las reacciones de oxidación-reducción es responsable, directa o indirectamente, de todo el trabajo realizado por los organismos vivos. En los organismos no fotosintéticos, la fuente de electrones son compuestos reducidos (alimentos); en los organismos fotosintéticos, el dador de electrones inicial es una especie química excitada por absorción de la luz. La ruta del flujo de electrones en el metabolismo es compleja. Los electrones pasan desde diversos intermediarios metabólicos a transportadores de electrones especializados en reacciones catalizadas por enzimas. Los transportadores ceden, a su vez, los electrones a aceptores con afinidad por los electrones más elevada, liberando energía. Las células contienen una serie de transductores de energía molecular que transforman la energía del flujo de electrones en trabajo útil.[4]

Ejemplos de rutas bioenergéticas, en las que existen reacciones redox

Otro buen ejemplo de ruta bioenergética con reacciones acopladas de óxido-reducción es el ciclo de los ácidos tricarboxílicos o ciclo de Krebs
  • B. Alberts, D. Bray, K. Hopkin, A. Johnson, J. Lewis, M. Raff, K. Roberts y P. Walter. (2006) Introducción a la Biología Celular. 2ª Edición. Editorial Médica Panamericana.
  • C.K. Mathews, K.E. Van Holde y K.G. Ahern (2002) Bioquímica. 3ª Edición. Pearson Educación.
  • Stryer, L: Bioquímica, 2a Ed, Editorial Reverté, Barcelona, 1983.
  • Rawn, D: Bioquímica. 2a Ed, Editorial McGraw Hill, Madrid, 1991.