¿Qué es la energía?

La energía es la capacidad para realizar un trabajo. La primera ley de la termodinámica, la ley de la conservación de la energía, establece que en un sistema cerrado, aunque la energía cambie de forma, su cantidad total se mantiene constante. La energía potencial es energía guardada (energía química, de posición). La energía cinética es la energía del movimiento (luz, calor, electricidad, movimiento de objetos).

La segunda ley de la termodinámica establece que todo uso de energía causa una disminución de la cantidad de energía útil y un aumento de la entropía (desorden y energía menos aprovechable). Los sistemas muy organizados de poca entropía que son característicos de la vida no violan la segunda ley de la termodinámica, porque se producen por el aporte continuo de energía útil del Sol, acompañada por un enorme aumento de la entropía del propio Sol.

¿Cómo fluye la energía en las reacciones químicas?

Las reacciones químicas se dividen en dos categorías. En las reacciones exergónicas, las moléculas del reactante tienen más energía que las moléculas del producto, así que la reacción libera energía. En las reacciones endergónicas, los reactantes tienen más energía que los productos, así que la reacción necesita un aporte neto de energía. Las reacciones exergónicas pueden ocurrir de manera espontánea, pero todas las reacciones, endergónicas y exergónicas, requieren un aporte inicial de energía (la energía de activación) para superar las repulsiones eléctricas entre las moléculas del reactante.

Las reacciones exergónicas y endergónicas pueden acoplarse de modo que la energía que liberan las exergónicas impulse a las endergónicas. Los organismos acoplan reacciones exergónicas (como al captar la luz solar o degradar la glucosa) con las endergónicas (como al sintetizar moléculas orgánicas).

¿Cómo se transporta la energía en las células?

La energía que se desprende en las reacciones químicas de la célula es captada y transportada dentro de ésta por inestables moléculas portadoras de energía, como el ATP y las portadoras de electrones NADH y FADH2. Estas moléculas son el medio principal por el que las células acoplan reacciones exergónicas y endergónicas que ocurren en lugares distintos de la célula.

¿Cómo favorecen las enzimas las reacciones bioquímicas?

Las células controlan sus reacciones metabólicas regulando la síntesis y el uso de proteínas enzimáticas, que funcionan como catalizadores biológicos que ayudan a superar la activación de energía. Una energía de activación muy elevada lentifica muchas reacciones, incluso las exergónicas, a una velocidad imperceptible en condiciones ambientales normales. Los catalizadores aminoran la energía de activación y, por consiguiente, aceleran las reacciones químicas sin cambiar permanentemente ellas mismas. Los organismos sintetizan catalizadores enzimáticos que promueven una o pocas reacciones. Los reactantes se enlazan temporalmente al sitio activo de la enzima, lo que facilita la formación de nuevos enlaces químicos de los productos y, así, se reduce la energía de activación. Las enzimas también lentifican la degradación de moléculas energéticas como la glucosa en una sucesión de etapas breves, de modo que la energía se libera paulatinamente y el ATP puede captarla para usarla en reacciones endergónicas.

¿Cómo regulan las células sus reacciones metabólicas?

La acción de las enzimas está regulada de varias maneras, como alterar la velocidad de la síntesis de proteínas, activar enzimas que se encontraban inactivas; inhibición competitiva y no competitiva y regulación alostérica, que incluye la inhibición por retroalimentación. Muchos venenos actúan como inhibidores de enzimas, por ejemplo, el metanol y algunos gases nerviosos e insecticidas. Las condiciones ambientales (como el pH, concentración de sales y temperatura) activan o inhiben el funcionamiento de las enzimas porque alteran la estructura tridimensional de éstas.