Clase 3, Energía biológica

Clase 3, Energía biológica:

9.1 Consumo de energía

La unidad que usan los nutricionistas para saber cuánto comimos es:

        1 Caloría = 1000 cal = 1 Kcal.

Equivalencia: 1 Cal = 4.1868J

Nosotros consumimos diariamente alrededor de 2400 Kcal, que corresponde a 2 lámparas de 60 W encendidas todo el día (ese “calor”)

60W/h => 120 W/h * 24 hr = 2880 W

1Kcal = 0.001161 Kw * h  <= [ (1Kcal/h ) / (2400 Kcal) ] = 1,161 W / X

X = 1,161 * 2400

X = 2780 W

Esta energía también corresponde a 200 veces la energía total que almacenamos en nuestro cuerpo en forma de enlaces interatómicos, por lo tanto, no todas esas calorías van a la formación de moléculas, también tienen otros propósitos, como:

• Mantener la temperatura corporal
• Mantener el sistema nervioso preparado para la acción

1. Nuestro objetivo es tener una visión general de cómo este proceso de obtención y consumo de energía tiene lugar

• ¿Alguna vez se han preguntado por qué la luz que llega del sol en nuestros organismos que no son plantas, no causa una ruptura de enlaces químicos? Porque esta luz es producida por longitudes de onda que se ubican en la región infrarroja del espectro electromagnético y son longitudes de onda muy largos para inducir el rompimiento de enlaces.
• Las ondas cortas de las luces ultravioletas si producen ruptura de enlaces, lo que produce ese cambio en el color de nuestra piel (bronceado). Pero ese proceso no produce energía útil al servicio del metabolismo porque nos falta una molécula que sea capaz de cosechar esa energía luminosa, la molécula de clorofila. En las plantas y algas esta molécula se almacena en los cloroplastos y ese proceso de cosechar energía luminosa lo llamamos fotosíntesis.
• Cuando la luz de los fotones tiene una longitud de onda lo suficientemente corta (lo que implica una suficiente alta energía) y estos inciden sobre la clorofila provocan ionización: Recordemos del capítulo 2 que la energía de ionización es la mínima energía que se requiere para quitarle un electrón a otro átomo neutral. La situación se describe como:

[pic 1]Donde A neutro se va a convertir en un ión cargado positivamente que cede un electrón.

Vemos en la tabla 2.1 que esta energía va a ser menor a medida que los electrones estén mas alejados del núcleo, y la carga del núcleo sea protegida por las capas de electrones. En el caso de los átomos que forman las moléculas de clorofila, existen también otros efectos cuánticos que hace que algunos electrones permanezcan unidos fuertemente. La energía interna tiene que ser elevada, aunque no tanto como la energía interna del átomo de neón. La energía interna de la fotosíntesis es menor que la del átomo de hidrógeno (2.178 aJ).

1. La razón por la cual la maquinaria fotosintética es relativamente complicada esta conectada con la necesidad de prevenir la reacción inversa, en la cual el electrón que se desprende se reuniría con el ión positivo. En caso de que esto ocurriera, no se cosecharía energía durante la fotosíntesis. Por lo tanto, hay otro grupo de moléculas (cadena transportadora de electrones) que espera ese electrón y lo pasan del lugar que se liberó. A lo largo de esa cadena transportadora de electrones se producen nuevas moléculas (por ejemplo, glucosa) donde la energía interna (o parte de ella es almacenada). Estas moléculas son subsecuentes fuentes de energía que después requiere la planta – o el animal que se la come –.

Este proceso de liberación de energía se conoce como respiración celular

        C6H12O6 + 6 O2 –> 6 CO2 + 6H2O

Y se liberan 36 moléculas de ATP.

¿Ahora bien, como se produce la glucosa? Durante el proceso de fotosíntesis.

¿Qué pasa con una molécula de clorofila?

Cuando una molécula de clorofila es excitada ocurren diferentes procesos:

• Si en esta molécula los niveles de energía de los electrones fueran continuos (pasan de un nivel de energía a otro sin problema) y esto estuviera ligado con los niveles (estados) vibracionales de la molécula, de modo que esta pasara a diferentes estados vibracionales, la energía de excitación (ionización) se escaparía al medio y se disiparía en forma de calor. Esto no ocurre en los cromóforos en cuestión: la energía mínima en ellos  (del estado menos excitado)está separada por un gap del estado de máxima energía. Entonces la ruta que se usa para disipar esa energía es transferir el electrón excitado a otra molécula (cadena transportadora de electrones).

El hecho de que un electrón se transfiera o no a otra molécula va a depender del potencial redox. Se dice que una molécula se reduce cuando adquiere un electrón. Mientras que una molécula que pierde un electrón se oxida.

        D + A –> D+ + A–

        |      |

         Donador   Aceptor de electrón

       de electrón

A– puede adquirir un protón (H+) y D+ puede perder un protón (H+) Ver ppt.

9.2 Fotosíntesis y respiración

6 CO2+6 H2O + energía luminosa ––> C6H12O6 + 6 O2 –––––> en plantas, la energía proviene de los fotones que inciden

La eficacia en la formación de glucosa es de un 40%, por tanto, se pierde un 60% de energía, pero aún así la producción de glucosa es alta. En la superficie de la tierra se produce 10 billones de toneladas de glucosa. Equivalente a 8 veces el consumo de energía de la humanidad en 1990.

• Respiración (Aeróbica y anaeróbica)

Aeróbica

        C6H12O6 + 6 O2 ––––> 6 CO2 + 6 H2O + energía metabólica

Si tomamos esta ecuación al pie de la letra, podemos pensar que la respiración aeróbica es el inverso de la fotosíntesis. Pero no es así, porque los pasos individuales de cada una de las cadenas de reacción involucran enzimas y reordenamientos atómicos bastante diferentes.

Anaeróbica

        C6H12O6 ––> 2C2H5OH + 2CO2 + energía metabólica

                        (Alcohol etílico)

La energía producida en este proceso es mucho menor que en la reacción aeróbica y el alcohol etílico es tóxico para la mayoría de los organismos. Los organismos que son capaces de sobrevivir con cantidades tan bajos de energía y en un ambiente acohólico son especializados. Un ejemplo son las levaduras que se usan en la producción de cervezas y en la producción de pan.

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