08/09/13
Capítulo 7. El flujo de energía
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Capítulo 7. El flujo de energía
Los sistemas vivos convierten la energía de una forma en ot ra a medida que cumplen funciones
esenc iales de mantenimiento, c recimiento y reproducc ión. En estas c onversiones energéticas,
como en t odas las demás, parte de la energía útil se pierde en el ambiente en c ada paso.
Las leyes de la t ermodinámica gobiernan las transformaciones de energía. La primera ley est ablec e
que la energía puede c onvertirse de una forma a otra, pero no puede c rearse ni destruirse. La
segunda ley establec e que en el c urso de las c onversiones energéticas, el pot enc ial
termodinámico - o energía potencial termodinámica- de un sist ema en el estado final siempre será
menor que el potencial termodinámic o del mismo sistema en el est ado inicial. Otra manera de
enunciar la segunda ley de la termodinámica es que todos los procesos naturales tienden a oc urrir
en una direcc ión tal que la entropía (la medida del "grado de desorden" o de "aleatoriedad") del
Universo se incrementa. Para mantener la organización de la cual depende la vida, los sistemas
vivos deben tener un suministro c onstante de energía que les permita superar la tendencia hac ia
el desorden creciente. El Sol es la fuent e original de esta energía.
Las transformac iones energéticas en las células vivas implican el movimiento de electrones de un
nivel energético a ot ro y, frec uentemente, de un át omo o molécula a otro. Las reac c iones de
oxidación-reducción implican movimiento de elect rones de un átomo a ot ro. Un át omo o molécula
que pierde elect rones se oxida; el que los gana se reduce.
El total de las reac c iones químicas que oc urren en las c élulas constituyen el metabolismo. Las
reacc iones metabólicas oc urren en series, llamadas vías, cada una de las c uales sirve a una
función det erminada en la c élula. Cada paso en una vía es c ont rolado por una enzima espec ífica.
Las reac c iones esc alonadas de las vías enzimáticas les permiten a las c élulas llevar a c abo sus
actividades químicas con una notable eficiencia, en lo que c onc ierne a la energía y a los
materiales.
Las enzimas funcionan c omo cat alizadores biológicos. Así, disminuyen la energía de ac t ivac ión e
incrementan enormemente la velocidad a la que se producen las reac c iones químicas. Las
reacc iones catalizadas por enzimas están bajo un est rict o c ontrol celular. Los principales fac t ores
que influyen sobre la veloc idad de las reac c iones enzimáticas son las concentraciones de enzima y
de sust rato y la disponibilidad de los c ofac t ores requeridos. Muc has enzimas son sintet izadas por
las células o ac tivadas sólo c uando son nec esarias.
El ATP es el principal transportador de energía en la mayoría de las reacciones que tienen lugar en
los sistemas vivos. Las c élulas son c apaces de llevar a cabo procesos y reac c iones endergónicas
(tales como reac ciones biosintéticas, transporte ac t ivo o el movimiento de microtúbulos)
acoplándolas a reacciones exergónicas que suministran un exceso de energía. Estas reac c iones
acopladas generalment e involucran a compuestos trifosfato c omo el ATP u otros. Las familias de
enzimas denominadas quinasas y fosforilasas adicionan o remueven un grupo fosfato a ot ra
moléc ula respec tivamente. La t ransferencia de grupos fosfato - o fosforilación- c umple un papel
important e en la regulación de muchas reac c iones químic as de la c élula.
Las leyes de la termodinámica
La primera ley de la termodinámic a establece que la energía puede c onvertirse de una forma a
otra, pero no puede c rearse ni dest ruirse. La energía puede almacenarse en varias formas y luego
transformarse en otras. Cuando los organismos oxidan carbohidratos, c onvierten la energía
almac enada en los enlac es químicos en ot ras formas de energía. En una noc he de verano, por
ejemplo, una luciérnaga convierte la energía químic a en energía cinética, en c alor, en destellos de
luz y en impulsos eléctricos que se desplazan a lo largo de los nervios de su cuerpo. Las aves y los
mamíferos convierten la energía química en la energía térmic a necesaria para mantener su
temperatura corporal, así c omo en energía mecánica, energía eléct rica y ot ras formas de energía
química. En el c aso de las reac c iones químic as, est o significa que la suma de la energía de los
productos de la reacc ión y la de la energía liberada en la reac ción misma es igual a la energía
inicial de las sustancias que reac c ionan.
La segunda ley establece que en el curso de las c onversiones energéticas, el potenc ial
termodinámico - o energía potencial termodinámica- de un sist ema en el estado final siempre será
menor que el potencial termodinámic o del mismo sistema en el est ado inicial. La diferenc ia entre
los potenciales t ermodinámicos de los estados inicial y final se c onoce c omo cambio en la energía
libre (o de Gibss) § del sistema y se simboliza c omo DG.
Las reac c iones exergónicas (que liberan energía) tienen un DG negat ivo y las reac c iones
