Angela Gaete, Fernanda Palma y Natalia Contreras Medicina nivel 200

Martes 31 de Julio

Bioquímica, Clase N° 1:

Fundamentos del metabolismo y bioenergética

“La Bioquímica es la ciencia o disciplina que estudia las bases químicas de la vida”

Propósito: Descubrir y explicar, en términos moleculares, todos los procesos químicos de las

células vivas.

¿Qué diferencia existe entre un individuo vivo y uno muerto? El metabolismo, dentro del cual es

importante entender como la célula es capaz de obtener energía. Por ejemplo, si nosotros

tomamos trozos de roca de diferente tipo son sumamente diferentes al cuerpo humano. Además,

desde el punto de vista atómico la composición es muy parecida, pero desde el punto de vista

funcional evidentemente hay diferencias entre un individuo vivo y uno que acaba de fallecer.

¿Cuándo y porque consideramos que algo está vivo?; ¿Un ADN está vivo? ¿Una hemoglobina

está viva? ¿Un ribosoma? No, sino que cuando posee nivel de organización estamos hablando de

un organismo vivo, ya que en el laboratorio nosotros podemos colocar en un tubo; ribosomas,

mitocondrias, núcleo, enzimas, sustrato y ATP, sin embargo, no obtenemos un organismo vivo

debido a que debe haber un nivel de organización sumamente importante.

Ahora bien, ¿Por qué consideramos que está muerto, siendo que hay células que aún siguen

vivas (recuerden que cuando una persona muere hay muchas de sus células que aún siguen

funcionando)? Debido a que sus células dejaron de interactuar en uno o más sistemas.

¿Qué pasaría si en una célula fallan los ribosomas o las mitocondrias? Empiezan a morir.

Fíjense, que necesito un nivel de interacción donde actúen diferentes organelos dentro de la

célula, en la cual voy subiendo a un nivel de mayor complejidad, desde el nivel atómico, molecular,

macromolecular, complejos macromoleculares hasta que eventualmente llegamos a célula que va

a dar origen a tejidos, órganos y sistema, obteniendo finalmente un organismo viviente.

Por ejemplo, el hígado tiene una función sumamente importante para nosotros y por eso es que

una persona que padece una hepatitis fulminante pasa a ser prioridad nacional, ya que si deja de

tener funciones hepáticas a largo plazo lo que va a empezar a tener serán fallas multiorgánicas

produciendo deficiencias en diferentes órganos que finalmente le pueden causar la muerte, y eso

es causado principalmente porque tenemos problemas de organización y de coordinación entre

los diferentes órganos o sistemas. Lo mismo, puede darse a nivel intercelular, donde un

determinado tejido formado por un tipo de células que tienen falla, por ejemplo, células

musculares que tienen déficit de mitocondrias mutadas, por lo tanto, no tienen producción de

gran cantidad de ATP y va a generar una falla tal que va a provocar que tengamos una deficiente

contractibilidad muscular causando una baja en la tonicidad muscular, por ende, va a tener

problemas de movimiento.

¿En qué nivel consideramos que estamos hablando de organismos vivos? A nivel de célula y

desde ahí hacia abajo son componentes de tipo abiótico, pero desde la célula hacia arriba ya

consideramos que hay vida, debido a que se presenta la célula que tiene un proceso de

multiplicación, división, reproducción, metabolismo y finalmente muerte, todo ellos es un ciclo.

En la naturaleza, por ejemplo, nosotros consideramos ciertos componentes que son claves para

considerar que son seres vivos;

1.- Orden: Hay situaciones jerárquicas, ya que hay etapas que no van ocurrir si no se han dado las

anteriores (propiedades emergentes). Por ejemplo, las proteínas tienen un orden jerárquico y una

arquitectura, donde yo no puedo tener estructura cuaternaria si no tengo primaria inicialmente.

2.- Universalidad: Muchas funciones son iguales independiente del organismo del que estemos

hablando, por ejemplo, la glucolisis que ocurre en todos los seres vivos y con las mismas enzimas,

aunque con pequeñas modificaciones porque una enzima de E. coli puede tener alteraciones o

modificaciones respecto con lo que es una enzima que está en humano, pero esencialmente

tenemos el mismo tipo de obtención energética en todos los individuos. Así como también, la

molécula de hemoglobina que la tienen todas las especies y que transporta oxigeno de la misma

manera. Fíjense, que si analizamos la estructura proteica de todas estas moléculas son iguales, por

lo tanto, hay nos está demostrando que provenimos de un ancestro en común.

3.- Evoluciona: Ser capaz de adquirir conocimiento y adaptarnos a diferentes situaciones, por

ejemplo, la resistencia de antibióticos, donde las bacterias que se ven presionadas por un

antibiótico generan mecanismos de modificación de modo de adaptarse de mejor manera al

nuevo entorno que tienen.

4.- Diversidad: En el sentido que tenemos miles de diferentes tipos celulares dentro de un mismo

organismo, dentro de cuales todos tienen orden, universalidad, capacidad de evolucionar, pero al

mismo tiempo son distintos, ya que encontramos que las células de la retina son distintas a las

células renales.

5.- Continuidad: Permite que nosotros podamos traspasar componentes de una generación a otra.

6.-Interacciones: Debe haber un nivel de organización y coordinación que son claves para poder

determinar la vida. Esta se da cuando vemos metabolismo o entre lo que es musculo con hígado,

porque cada uno de ellos tiene funciones específicas, pero ambas son complementarias.

7.- Homeostasis: Se necesita mantener niveles constantes de los diferentes componentes. Por

ejemplo, yo necesito una homeostasis hormonal, hídrica, iónica, acido- base, donde si se rompe el

equilibrio desencadena una enfermedad. Si tienen un paciente con una ruptura en la homeostasis

hídrica, absolutamente deshidratada lo que se va a hacer es hidratarla nuevamente con agua e

iones, o bien una persona con alteraciones a nivel de aminoácidos esenciales o déficit de ciertos

iones, ustedes van a tener que reponer esos componentes.

Dentro de la célula están ocurriendo múltiples relaciones, ya sea de los componentes que están en

la membrana que van a ser capaces de detectar lo que está ocurriendo en el entorno, pudiendo

enviar señales adecuadas para generar cambios transcripcionales a nivel de célula y poder

generar más o menos un determinado componente. Por ejemplo, una célula pancreática, en sus

células beta detecta niveles altos de glucosa, genera como respuesta secreción de insulina, por lo

tanto, la glucosa va a enviar señales a las células de modo que se incremente el proceso de

transcripción de la insulina que es una proteína y luego, es la misma insulina la que va a ir a tejido

muscular y adiposo a provocar un incremento en la expresión de los transportadores de glucosa

para poder tomar mayor cantidad de glucosa. Lo cual es sumamente importante, porque sin la

insulina aumentan los niveles de glucosa en la sangre produciendo una alteración de la

homeostasis y causando un cuadro conocido como diabetes, donde para mejorarlo lo que se debe

hacer es contrarrestar ese efecto mediante la inyección de insulina que busca volver a mantener la

homeostasis.

Además, tenemos diferentes tipos de iones y minerales que van a ir hacia la formación de

moléculas que van a dar origen a moléculas de índole biológico, que a su vez permiten que

organicemos y obtengamos diferentes tipos de macromoléculas como polisacáridos de reserva

entre ellos, glucógeno, almidón y celulosa. Estas a su vez van a la formación de complejos

macromoleculares, como los ribosomas que son ARN ribosomal asociado a proteínas. Finalmente,

teniendo todos los niveles de organización anteriores se llega a tener vida a nivel celular, luego el

tisular, organular… y finalmente un organismo.

Introducción al Metabolismo y Bioenergética

¿Por qué es importante el ATP? Debido a que es energía, por lo tanto, lo vamos a necesitar para

todas las reacciones metabólicas.

Eventualmente, todas las reacciones que son reversibles alcanzan el equilibrio, el problema es

cuando, por lo que van a ser sumamente importante las enzimas. Por ejemplo, la anhidrasa

carbónica que une CO2 con H2O para formar ácido carbónico y permitir la salida de CO2 de los

tejidos hacia el espacio aéreo, esta reacción cuando no presenta la enzima por cada molécula de

CO2 tarda aproximadamente 5 años en eliminar una molécula. Por lo tanto, vamos a ver que las

enzimas van a ser sumamente importantes, ya que aumentan la velocidad de la reacción y

disminuyen la energía de activación.

Metabolismo

“Es el conjunto de los procesos celulares por medio de los cuales se transforma la energía de las

sustancias nutritivas a un forma energética biológicamente útil”

Consiste básicamente en transformar ciertos componentes que son partes de nuestra

alimentación, y que tienen como composición común las Biomoléculas orgánicas (carbohidratos,

proteínas, lípidos y ácidos nucleicos) el CHON, ya que poseen la ventaja de interconvertirse y

tener vías metabólicas comunes, lo cual es sumamente importante porque en un momento dado

nuestras células van a detectar que no hay ciertos metabolitos como glucosa y una célula hepática

va a ser capaz de producir glucosa a partir de esqueletos que no son carbohidratos aprovechando

los enlaces que están presentes ahí, debido a que cada vez que se forman enlaces se está

almacenando energía. Las células van a gastar energía solamente cuando el beneficio sea superior

a gasto.

Metabolismo energético

La gran mayoría de las veces vamos a estar degradando moléculas grandes para generar

moléculas pequeñas (catabolismo) y además, en ese trayecto se va a generar energía (exergónico),

pero también muchas veces nosotros vamos a tener que fabricar estructuras (anabolismo) en un

proceso de división celular o de regeneración, donde hay que fabricar nuevas proteínas con el fin

de construir nuevas células. Por ejemplo, en el proceso de degradación de glucosa se obtienen

ciertos esqueletos que se derivan para generar triglicéridos (3 ácidos grasos+ glicerol que proviene

de la degradación de la glucosa). El 2,3 BPG o DPG (difosfoglicerato) que proviene de la

degradación de la glucosa, disminuye la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno, por lo que

permite un eficiente intercambio gaseoso. Nosotros nos encontramos en el medio de todo un

proceso, entre organismos que son autótrofos y otros que son heterótrofos, donde los primeros

van a ser capaces de autogenerar su energía, principalmente las plantas que van a utilizar la

energía lumínica para conducir procesos que son de importancia metabólica y producir

carbohidratos (fotosíntesis) como la glucosa, que van a ser usados para la obtención de energía en

forma de ATP o formar estructuras como almidón o celulosa que van a ser partes de estructuras

que vamos a incorporar en nuestra dieta.

Entonces, el metabolismo energético es la sumatoria de todos los procesos químicos involucrados

en la liberación y utilización de la energía. Como ejemplo de las rutas metabólicas, se tiene la

glicolisis y el ciclo de Krebs, donde encontramos el piruvato y el acetil- coA que tienen una gran

cantidad de interconexiones.

A la larga el metabolismo, consiste en una serie de reacciones que están coordinadas, ya que no

saco nada con tener una reacción por separado dentro de un tubo, sino que cuando están

interrelacionadas son capaces de funcionar de forma coordinada.

Desde el punto de vista energético, gran cantidad de reacciones que están ocurriendo lo hacen

coordinadamente con otras reacciones, es decir, hay muchas reacciones que nunca podrían

ocurrir a no ser que estén dadas en conjunto con otra reacción, definiéndose un concepto

conocido como reacciones acopladas que permiten que una reacción en un momento dado, que

no tenía la posibilidad de ocurrir porque tiene parámetros termodinámicos que se lo impiden,

pueda interactuar con otras teniendo la posibilidad de ocurrir. Por ejemplo, todos sabemos que la

mesa se quema, sin embargo, en estos momento no la vemos quemarse, porque falta fuego que

va a proveer un tipo de energía conocida como energía de activación, que es la cantidad de

energía que yo requiero para que un proceso se lleve a cabo, en la cual yo paso de reactantes a

productos, pero para poder pasar llevar a cabo ese paso yo necesito una mínima energía y esa

energía esta intrínseca en la reacción permitiendo que se realice de manera espontánea, pero

muchas reacciones no ocurren de forma espontánea y por eso se necesitan las reacciones

acopladas.

Por lo tanto, se va a ver metabolismo y nos vamos a enfocar a lo que es procesos energéticos y

aquí se utilizan todos los componentes que son esencialmente los nutrientes que se están

incorporando a través de la dieta de modo de ir integrándolos y dando origen a diferentes tipos

de metabolitos que vamos a tener en este proceso de generación de energía. El proceso de

generación de energía es esencialmente un proceso oxidativo, cuando se toma un trozo de carbón

para hacer un asado y se le prende fuego lo que se está haciendo es oxidando, se mezcla el

combustible que es el carbón con el comburente que es el oxígeno, dar las condiciones adecuadas

y de esa manera provocar la combustión, y de la combustión se obtiene como resultado CO2, H2O

y energía, lo mismo que cuando tomamos glucosa o ác. grasos o aminoácidos en un proceso

oxidativo ya que aquí se obtiene CO2, agua y energía y lo que se hace aquí es liberar la energía

contenida en cada uno de los enlaces. Lo que nosotros hacemos en el metabolismo es trasformar

esa energía que estaba almacenada ahora en energía que sea útil para generar otras reacciones,

para generar interacciones para mantener la vida, por lo tanto ese es el objetivos final, tomar

estos diferentes componentes, tener procesos metabólicos, mantener división funcionamiento

etc. por lo tanto ahí nos encontramos con una serie de situaciones que son importantes.

¿Por qué hacemos metabolismo? lo hacemos porque tenemos objetivos claves y claros y esos son

que nuestro organismo, que nuestras células tienen que crecer, reparase y mantenerse, con estos

nosotros mantenemos en general el funcionamiento celular manteniendo al individuo vivo, si yo

no tengo la capacidad de regenerar piel, por ejemplo, estamos en problemas, si no hay

multiplicación celular también hay problemas, si se rompe algún tipo de homeostasis hay algún

tipo de problema, si fallan las enzimas por algún problema genético no va a estar la capacidad de

procesar ciertos sustratos y sin estos no se pueden generar ciertos componentes que son

importantes, por lo tanto se altera la situación.

En todo lo que es procesos metabólicos nosotros tenemos una interacción y tenemos que

mantenerla por que no se puede degradar todo por lo tanto tengo que mantener un balance entre

dos situaciones metabólicas que son claves, por un lado está el metabolismo que es de tipo

catabólico y por otro lado está el que es de tipo anabólico. El de tipo anabólico crea y ahí se

encuentra el ejemplo de los esteroides anabólicos que usan los fisicoculturistas ya que lo que

están haciendo es aumentar la cantidad de masa muscular, aclarar que hay una diferencia entre

los fisicoculturista y los levantadores de pesa, ya que el tipo que es de exposición es

principalmente glucógeno, es volumen por lo tanto no tiene fuerza no como el levantador de pesa

que es principalmente fibra muscular, fibra que genera tracción, por eso también la dieta es

distinta ya que el de exposición come mayormente carbohidratos y creatina (más tarde se verá

porque creatina) incrementando la cantidad de glucógeno en los músculos haciendo que este

crezca, aquí podemos ver lo que es el proceso anabólico que consiste en la generación de

moléculas grandes a partir de moléculas pequeñas, un ejemplo clave en anabolismo en todo este

círculo de energía es la fotosíntesis, porque gracias a que existe fotosíntesis nosotros ocupamos

indirectamente la energía lumínica, la energía solar, nosotros comemos los vegetales o los

vegetales procesados que es la carne. Hay ahí proceso en donde estamos procesando y utilizando

procesos anabólicos pero fíjense que a la larga tenemos dos procesos que van en paralelo pero

que no son iguales y es clave para lo que es metabolismo, los proceso catabólico y anabólicos

generalmente son muy parecidos pero no iguales y el ejemplo más claro es la glucolisis y la

gluconeogénesis, donde la glucolisis parte en glucosa y termina en piruvato y la gluconeogénesis

parte en piruvato y termina en glucosa, dirán que es lo mismo, pero cuando se vea en detalle lo

que la glucolisis y la gluconeogénesis se darán cuenta que hay ciertas etapas, tres etapas que son

distintas, que necesitan ser distintas, una ventaja de que sean similares las rutas que están

contrapuestas es la economía, fíjense que la glicolisis son 10 reacciones, entonces no se justifica

fabricar 10 enzimas nuevas para revertir el paso pero si tres o cuatro, entonces se tiene etapas

que son comunes lo cual significa un ahorro y se tiene etapas que son distintas lo cual significa que

hay procesos regulatorios claves y ahí está la diferencia. Pero lo que se está haciendo es tener

procesos catabólicos y anabólicos coexistiendo por qué se necesita mantener una homeostasis, y

esta homeostasis corresponde a que se tiene que fabricar diferentes esqueletos en diferentes

puntos de modo de poder tener la cantidad de metabolitos que se requieren para cada uno de

estos procesos. Las características en general de los procesos catabólicos es que son procesos

esencialmente de degradación y lo que está ocurriendo es que se parte de componente que son

mucho más complejos y se llega a componentes que son mucho más simples por ejemplo se parte

con glucosa y se termina con CO2, agua y energía, se parte con compuestos orgánicos y se

terminan con inorgánicos. El proceso oxidativo es sumamente importante en lo que son las

actividades catabólicas porque lo que se está haciendo es movilizar electrones y nos vamos a dar

cuenta que cuando veamos metabolismo en la glicolisis, en el ciclo de Krebs, no es mucho el ATP

que se produce, pero lo que si se produce en grandes cantidades es transportadores de electrones

y esos transportadores de electrones es principalmente NAD reducido (NAD+, NADH).

Otra cosa que es característica de los procesos catabólicos es que son convergentes lo que

significa que a partir de diferentes metabolitos se llegan a componentes comunes, uno de los

componentes comunes por ejemplo es Acetil-coA, que es un componente que recibe el nombre

de metabolito de encrucijada. Hay tres metabolitos que se llaman de encrucijada que son

glucosa-6-fosfato, piruvato, Acetil-coA.

¿Qué es lo que es una encrucijada? es que tiene diferentes opciones, en este caso es convergente

y todos llegan un mismo punto a metabolitos de encrucijada y son de encrucijada porque son

metabolitos que pueden tomar distintos destinos, el Acetil-coA en un momento dado va a poder ir

al ciclo de Krebs y generar poder reductor o bien va a poder revertirse hacia la formación de Ac.

grasos lo cual es bueno y malo, si nosotros comemos mucho, tenemos aprovisionado todo lo que

es metabolitos para la degradación y más encima hay un exceso y no hay gasto de energía, lo que

produce que el Acetil-coA se transforme en grasa, que es un mecanismo de reserva. Esta es una

característica de procesos catabólicos.

Desde el punto de vista anabólicos, son procesos en los que se genera síntesis de nuevas

moléculas, fíjense en la interconversión de nuevas moléculas a partir de glucosa-6-fosfato tiene la

posibilidad de formar un ribosa que se ocupa en el ADN y ARN, por lo tanto no es menos

importante ya que en un momento dado se van a tener que generar nucleótidos para generar

ácidos nucleicos, multiplicación celular, división celular, replicación, se debe proveer de suficientes

nucleótidos para hacer procesos de replicación,

Pero, ¿Qué pasa si no tengo los nucleótidos adecuados? ¿Si no hay los suficientes? No hay

división celular. Si no hay el tipo ni la cantidad de nucleótidos que se necesitan hay un problema

con la replicación. Los procesos anabólicos son esencialmente reductivos por lo tanto están

gastando electrones, están gastando ATP, pero la célula no gasta energía por gastar si no que la

gasta porque lo necesita. Por ejemplo, si el organismo detecta que no hay glucosa va a formarla a

partir de piruvato de aminoácidos etc. y en la fabricación de glucosa se van a gastar de 6 a 10

moléculas de ATP por cada molécula de glucosa, lo que es muy caro, pero resulta que el organismo

demanda glucosa porque hay células que exclusivamente dependiente de esta como los glóbulos

rojos y si yo dejo de tener un funcionamiento de los glóbulos rojos se puede producir una

hemolisis, ruptura de glóbulos rojos y si fallan esto falla lo que es la movilización de oxígeno y a

falta de esto ya no hay funcionamiento en general.

Por lo tanto hay situaciones en lo que es importantísimo que se produzcan estos procesos

anabólicos aunque impliquen un proceso de desgaste y consumo de energía importante, la otra

característica de esta ruta es que son divergente, fíjense que a partir de elementos comunes se

pueden sintetizar diferentes compuestos, por ejemplo a partir del Acetil-coA que es el metabolito

de encrucijada, se forman los cuerpos cetónicos que son sumamente importantes para

proporcionar combustible durante periodos de ayuno muy prolongados, porque resulta que

diferentes tipos celulares se van a adaptar a usar combustibles distintos de la glucosa, entre esos

por ejemplo células musculares y células neuronales que tienen que seguir funcionando y a falta

de glucosa buenos son los cuerpos cetónicos por que permiten degradarlo e incorporarlo

directamente al ciclo de Krebs, pero para poder ocupar cuerpos cetónicos se necesita tener

mitocondria, por lo tanto en los glóbulos rojos no se puede tener ciclo de Krebs, por lo que no se

pueden ocupar cuerpos cetónicos y va a seguir dependiendo exclusivamente de glucosa y ahí hay

todo un proceso adaptativo que se va dando en largos periodos de ayuno.

Energía

Habitualmente incorporamos componentes macro, que se van a ir degradando en sus respectivos

monómeros, y luego van a ir siendo divididos en distintas moléculas orgánicas como piruvato,

glucosa, acetil CoA, etc para llegar a un proceso oxidativo final para transformar en moléculas

inorgánicas, es decir se inicia con moléculas orgánicas y se termina con moléculas inorgánicas,

desde un nivel macro hasta moléculas muy sencillas. Hay un manejo desde el punto de vista

energético, tomando diferentes tipos de energías, como la energía cinética y la energía potencial:

por ejemplo, el agua retenida de una represa tiene la potencialidad para generar energía, es decir,

tiene la potencialidad para generar energía eléctrica, porque tiene la fuerza suficiente para mover

una turbina y generar electricidad. Si se tiene un individuo que está en la parte más alta de un

cerro, entre más arriba está, mayor es la energía potencial que eventualmente se puede

trasformar en energía cinética. Existe una potencialidad de generar energía, es decir, a medida que

la energía potencial se va transformando va cediendo y está energía se transforma en energía

cinética. En física se pone el ejemplo de un carrito que se empuja y transforman la energía de la

fuerza y obtienen un trabajo,

¿Cuál es el trabajo en química o en bioquímica? ¿Qué se mueva una molécula? No, es una

interacción con obtención de productos por reordenación de átomos, es decir, una reacción

química donde hay ruptura de estructuras y generación de nuevos enlaces, el proceso cinético es

poder conducir una reacción, que pueda ocurrir y para eso se utiliza energía, con diferentes

formas de energía que constantemente son traspasadas a otro tipo de energía para darle utilidad,

tenemos distintos tipos de energía, partiendo por nosotros (como seres vivos) la utilización de

energía lumínica traspasando formas energéticas y llegando a la conformación de distintas

moléculas, va a aparecer una molécula clave para nosotros, en especial las que tienen fosfato

(como el ATP), que permitirá que tengamos distintos tipos de transformaciones y utilizar estas

moléculas desde el punto de vista biológico, que nos permiten realizar un funcionamiento

adecuado y que tengamos diferentes procesos importantes, y aparece que se está transformando

este tipo de energía en otro, el enlace presente entre dos moléculas, dos átomos, es

esencialmente energía química, y cuando se rompe este enlace se libera energía y éste se ocupa

para otros fines. La primera ley de termodinámica señala que la energía total del universo es

constante, la energía no se pierde sólo se transforma, sólo se transfiere la energía a otro lado, por

ejemplo, se tienen:

o Energía mecánica, la ruptura de energía química de moléculas como el ATP permite que la

cabeza de actina y miosina se desacoplen y se genera el fenómeno de contracción y relajación

muscular, es decir se obtiene energía mecánica que consiente la motilidad, también

o Energía eléctrica en la transmisión del impulso nervioso eléctrico,

o Energía electroquímica cuando se tiene la bomba sodio-potasio, que debido a los cambios de

presión osmótica, de los cambios de concentración de diferentes componentes permite

cambios en las polaridades, y si se cambian se pueden generar saltos de modo que se genera

una transmisión nerviosa,

o Energía radiante, hay individuos como las luciérnagas que son capaces de generar luz por

medio de reacciones químicas,

o Energía térmica, nosotros generamos calor con diferentes mecanismos, por ejemplo en las

mitocondrias encontramos unas moléculas que se llaman termogerinas de células del tejido

adiposo que por el traspaso de protones generan energía para incremento de energía térmica

en especial en el tejido adiposo de tipo marrón muy importante en recién nacidos

Por lo tanto, lo que se obtiene son distintos tipos de trabajo importante para tener un individuo

funcional.

Calor y temperatura ¿Es lo mismo?

Tengo una taza de café a 90°C y una tina con agua a 40°C

¿dónde hay más calor? En la tina, porque posee más masa, la temperatura es la medición del

instante, pero calor tiene que ver con energía, por lo tanto no es lo mismo.

Si yo tengo una tina de 20 lts de agua a 40°C, y la taza de medio lts de agua a 90°C,

¿Cómo se demostraría que la tina tiene mayor cantidad de calor?

Respuesta 1: porque el agua de la taza se enfría antes que el agua de la tina

Respuesta 2: si en un baño dejo la tina llena la temperatura aumentara más que si dejo en el

mismo baño sólo la taza. La tina irradia mayor energía al entorno a pesar de que la taza este a

mayor temperatura.

Qué pasa si, en dos ollas de capacidad de 20 lts de agua, se coloca el agua de la tina y en la otra el

agua de la taza, y dejamos que lleguen a temperatura ambiente (20°C), y prendemos un mechero

con iguales capacidades energéticas, se toma el tiempo, ¿cuál llegará primero a los 70°C? la

primera (de medio litro) porque tiene menor cantidad de moléculas. Por ejemplo en la mañana

cuando están apurados y ponen agua para hacerse un café, no llenan el hervidor, sino que ponen

la cantidad casi justa porque saben que tardará un poco menos en hervir, lo mismo ocurre

anteriormente, porque en la olla que tiene medio litro alcanza la temperatura más rápido que

significa que gasto menor cantidad de gas, menos cantidad de energía por lo tanto el traspaso de

energía es menor para el volumen de la taza que para el volumen de la tina, hay esta la diferencia

desde el punto de vista energético, por eso la tina tiene mayor cantidad de calor.

Existe una ley que habla de la conservación de la energía, explica que la energía eventualmente se

traspasa, no se pierde, se conserva, por lo tanto, esta energía va a llegar a algún lado, como la

energía potencial (que es esencialmente energía química), la energía es procesada, liberada y

eventualmente va a hacer vuelta a generar energía química, se van a generar nuevos enlaces.

¿Qué es algo espontáneo?

Algo que ocurre sin intervención, se conduce sin mayor problema, que ocurrirá. Que no sea

espontaneo significa que no ocurre en las condiciones dadas, pero si puede ocurrir. Por ejemplo,

tengo dos balones, A y B, separados por una llave donde B está lleno y A vacío, cuando se mueve

la llave el gas de B pasa al balón de A espontáneamente, pero no así el proceso inverso, debido a

que en esas condiciones el gas no se dirigirá de A hacia B, necesita otras condiciones como

presión, algún tipo de mecanismo para hacer el traspaso.

¿Entonces el tiempo no tiene nada que ver con la espontaneidad? No, porque espontáneo quiere

decir que no tengo que invertir energía en el proceso.

Otro ejemplo, un clavo que se queda en el jardín, después de dos a tres semanas se encuentra

oxidado, ¿Por qué se oxidan los metales y no se nitrogenan siendo que hay más nitrógeno que

oxígeno en el aire? Porque el oxígeno es altamente reactivo. Se quiere volver a utilizar el clavo,

entonces se lija, se pule… ¿vale la pena? No. Pase de no oxidado a oxidado es espontáneo,

bastante espontáneo, y la probabilidad de revertir el proceso, bastante poco espontáneo. Por lo

tanto algo muy espontáneo en un sentido es muy poco espontáneo en el sentido inverso, algo

muy espontáneo se vuelve casi irreversible. Hay muchas reacciones de este tipo, es por ello que en

las células se desarrollan rutas, etapas alternativas con distintas enzimas.

¿Has visto un cubo de hielo sobre un líquido?

El cubo de hielo se derrite porque absorbe calor del agua, y el agua se enfría porque traspasa

calor, y el hielo rompe sus puentes de hidrógeno y pasa del estado sólido a líquido. ¿El hielo se

derrite siempre? No, depende de las condiciones, de la temperatura del medio. Por lo tanto hay

procesos que si cambio las condiciones pueden seguir siendo o no espontáneos (como un cubo de

hielo en una mesa y en un freezer), como en equilibrio químico donde se tiene que señalar a que

temperatura se captura el equilibrio de esa reacción por la cantidad de energía calórica que

interviene dado que al variar la temperatura se puede cambiar la cantidad de energía calórica

involucrada, es decir en la reacción se desplaza el equilibrio de un lado hacia otro. A nivel celular la

condición del entorno hace que el procedimiento sea espontáneo (como metabolitos), pero si se

altera la concentración de cierto metabolito, ese proceso que antes ocurría en forma espontánea,

puede que no ocurra. Es útil a modo de regulación, debido a que la célula no puede hacer todos

los procesos metabólicos en el mismo momento, por ejemplo una célula hepática haciendo

glucolisis (degradación de glucosa) y gluconeogénesis (generación de glucosa) al mismo tiempo,

no se justifica energéticamente. Por lo tanto, aparecen procesos que en un momento son

espontáneos y que ahora se transforman en no espontáneos debido a que aparecen distintos

mecanismos de regulación y ahí se hacen importantes estos procesos en el metabolismo, por ende

estos mecanismos permiten la conducción de metabolitos hacia ciertos productos cuando es

necesario, y si no es necesario se generan mecanismos que pueden derivarlos a rutas alternativas

(como metabolitos de encrucijada) haciendo otro tipo de situación y tratando de aprovechar la

energía almacenada. Cuando hay mucho ATP, NADH, acetil CoA, de ácido cítrico, se empieza a

detener el ingreso de moléculas al ciclo de Krebs, los acetil CoA que son los primeros en entrar al

ciclo de Krebs son transformados en ácidos grasos.