Electrones

El flujo de electrones en las reacciones de oxido-reducción es responsable, directa o indirectamente de todo el trabajo realizado en los organismos vivientes. En los organismos no fotosintéticos, las fuentes de electrones son compuestos reducidos (los alimentos); en los organismos fotosintéticos, el donador inicial de electrones es una especie química excitada por la absorción de la luz solar. El flujo de los electrones en el metabolismo es un proceso complejo, los electrones se mueven a partir de varios metabolitos intermedios a acarreadores de electrones especializados en las reacciones catalizadas por enzimas. Posteriormente, los acarreadores donan los electrones a aceptores con elevadas afinidades por los electrones, este último proceso, genera energía. Las células contienen una variedad de transductores de energía, los cuales convierten la energía del flujo de electrones en trabajo.

El transporte de electrones, es la fuente principal de energía para las actividades celulares, libera grandes cantidades de energía libre, la mayor parte de la cual se almacena en forma de ATP en la fosforilación oxidativa. Las enzimas que catalizan el este proceso, son generalmente más complejas tanto estructuralmente como en su mecanismo catalítico que las enzimas de las otras vías metabólicas, y por tanto son menos conocidas. La mayoría están en la membrana interna mitocondrial, por lo cual es complicada su extracción y purificación. Tampoco es bien conocido cómo la liberación de energía libre que se produce durante el transporte de electrones se conserva y transforma en la energía del enlace fosfato durante la fosforilación oxidativa y las síntesis del ATP. Por lo anterior, estas enzimas son un modelo de estudio muy atractivo.

Todos los siguientes procesos: el transporte de electrones, la energía libre de la transferencia de electrones del NADH y FADH2 al O2 vía centros redox unidos a proteínas, está acoplada a la síntesis de ATP.

Cada vez que utilizamos un motor, una lámpara eléctrica o calórica o una bujía para encender la gasolina en una máquina de combustión interna, utilizamos el flujo de electrones para realizar trabajo. En el circuito que enciende un motor, la fuente de electrones es la batería que contiene dos especies químicas con diferente afinidad por los electrones. Los cables proveen del camino para el flujo de los electrones desde las especies en un polo de la batería, a través del motor a las especies químicas en el otro polo de la batería. Debido a que estas dos especies químicas difieren en su afinidad por los electrones, el flujo de electrones es espontáneo a través del circuito con una fuerza proporcional a la diferencia en la afinidad electrónica, i.e. la fuerza electromotriz (FEM). La FEM, típicamente de algunos voltios (volts), es acompañada de trabajo si se coloca un transductor de energía apropiado –en este caso el motor- en el circuito. Este acoplamiento del flujo de electrones y el trabajo, es utilizado por el motor para diferentes finalidades.

Las células poseen un circuito biológico análogo al motor, con compuestos relativamente reducidos

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