Procesos Energéticos

Procesos Energéticos

Son todos aquellos en los que se produce transformación de materia y energía. Pueden darse tanto en los seres vivos, como en el ecosistema en general. La energía se puede transformar en diferentes formas, por ejemplo: la energía lumínica en química, luego en térmica, ésta en cinética, etc.

Metabolismo: Es la cualidad que tienen los seres vivos de poder cambiar químicamente ciertas sustancias, esto ocurre en las células y por tanto, en el organismo. Estos procesos son la base de la vida y permiten las diversas actividades de las células: como crecer, reproducirse, mantener sus estructuras, responder a estímulos, entre otras.

El metabolismo se divide en dos procesos: el catabolismo y el anabolismo

a. Catabolismo: El catabolismo es el conjunto de procesos metabólicos que liberan energía. Esos procesos incluyen degradación y oxidación de moléculas de alimento así como reacciones que retienen la energía del Sol. El propósito de esas reacciones catabólicas es proveer energía, poder reductor y componentes requeridos por reacciones anabólicas.

*En los animales estas reacciones conllevan la degradación de moléculas orgánicas complejas a otras más simples, como dióxido de carbono y agua.
*En organismos fotosintéticos como las plantas y las cianobacterias esas transferencias de electrones no liberan energía sino que se usan como un medio para almacenar energía solar.

Un ejemplo del catabolismo es la digestión, dado que las macromoléculas como el almidón, la celulosa o las proteínas no pueden ser captadas en forma automática por las células deben ser degradadas en unidades más simples antes de ser usadas en el metabolismo celular.

b. Anabolismo: Es el conjunto de procesos metabólicos constructivos en los que la energía liberada por el catabolismo se utiliza para sintetizar moléculas complejas. En general las moléculas complejas que dan lugar a estructuras celulares son construidas a partir de precursores simples. El anabolismo comprende tres etapas: en primer lugar la producción de precursores como aminoácidos, monosacáridos, isoprenoides y nucleótidos, en segundo término su activación en reactivos mediante el empleo de energía del ATP y, por último, el montaje de esos precursores en moléculas más complejas como proteínas, polisacáridos, lípidos y ácidos nucleicos.

Los organismos difieren en cuanto a la cantidad de moléculas que pueden sintetizar por sí mismos en sus células. Los organismos autótrofos, como las plantas, pueden construir moléculas orgánicas complejas y proteínas por sí mismos a partir de moléculas simples como dióxido de carbono y agua. Los organismos heterótrofos, en cambio, requieren una fuente de sustancias más complejas, como monosacáridos y aminoácidos, para producir esas moléculas complejas. Según su fuente de energía los organismos pueden ser clasificados en fotoautótrofos y fotoheterótrofos, que obtienen la energía del Sol, o quimioheterótrofos y quimioautótrofos, que obtienen la energía mediante reacciones oxidativas.

Por ejemplo: la síntesis de proteínas en el tejido muscular a partir de los aminoácidos

Fotosíntesis: Es un proceso metabólico único que realizan ciertas células de aquellos organismos autótrofos capaces de elaborar su propia materia orgánica con sustancias inorgánicas al utilizar la energía que brinda la luz solar.

Es, entonces, el proceso que utilizan las plantas para producir sus alimentos. Además de utilizarla para su alimentación, las plantas y los árboles las utilizan para crecer y poder desarrollarse. La principal sustancia que se necesita para poder realizar la fotosíntesis es conocida como clorofila (aquella sustancia de color verde que se encuentra en todas las hojas). Algunas algas así como también algunas bacterias también poseen clorofila. Es importante en este proceso, ya que tiene como función absorber la luz necesaria para luego convertirla en energía química. Podríamos decir que la mayoría de la energía que consume la biósfera de la tierra proviene del proceso de la fotosíntesis.

La fotosíntesis se suele dividir en dos etapas:

•  La primera etapa hace referencia a las reacciones dependientes de la luz e independientes de la temperatura.
•  En cambio, en la segunda etapa, las reacciones son dependientes de la temperatura e independientes de la luz.

El proceso de alimentación de las plantas se resume de esta manera:

a. Absorción: En primer lugar, las raíces de las plantas tienen como función absorber el agua y los minerales que se encuentran en la tierra. Las raíces crecen hacia los lugares donde se encuentra mayor cantidad de agua.

b. Circulación: Una vez absorbidos los minerales y el agua, éstos deben circular hasta llegar a las hojas por medio de los tallos de las plantas.

c. Fotosíntesis: Aquellas hojas que se encuentran en dirección a la luz son las que absorberán la luz. La luz del Sol junto con el dióxido de carbono logran transformar la savia bruta en savia elaborada, la cual será el alimento de la planta. A su vez, la planta tiene la fundamental capacidad de producir oxígeno que será expulsado a través las hojas.

d. Respiración: Las plantas respiran de día y de noche, y lo hacen de la misma forma que los animales. Es decir, inhalando oxígeno y exhalando dióxido de carbono. Cuando es de noche y no pueden absorber luz para realizar la fotosíntesis, sólo realizan la respiración. Este proceso lo hacen mediante las hojas y algunos tallos verdes.

Respiración Aeróbica: Es un conjunto de reacciones mediante las cuales el ácido pirúvico producido por glucólisis se desdobla a bióxido de carbono y agua, y se producen grandes cantidades de ATP. Utiliza la glucosa como combustible y el oxígeno como aceptor final de electrones.
En presencia de oxígeno, el ácido pirúvico proveniente de la glucólisis, se oxida totalmente en la mitocondria, este proceso se divide en dos fases. En la primera, el ácido pirúvico ingresa a la mitocondria donde es fraccionado y oxidado completamente hasta liberar CO2. Como oxidantes actúan coenzimas, que a su vez son reducidas. El hidrógeno unido a las coenzimas es transferido en la segunda fase al oxígeno molecular, con formación de agua.

La glucosa se degrada en presencia de oxígeno, se produce CO2 además de energía en forma de ATP. Es un proceso muy complejo agrupado en tres etapas:

a. Glucólisis: Ocurre en el citoplasma, se rompen los enlaces químicos de la glucosa y libera energía, la glucosa formada por 6 átomos se rompe por la mitad y se forman dos compuestos de 3 carbonos cada uno: Ácido Pirúvico.

b. Ciclo de Krebs: Durante este proceso un compuesto formado por dos carbonos, el acetilo, se degrada completamente uniéndose a un compuesto de 4 átomos de carbono formando así otro compuesto de 6. Luego este pierde un carbono y se forma uno de 5. Después de esto se pierde otro carbono y se degrada completamente formando dos moléculas de dióxido de carbono. En este proceso hay liberación de energía.

c. La cadena respiratoria: Como resultado de la glucólisis y el ciclo de Krebs la glucosa se divide y forma moléculas de CO2 liberando energía para la formación de ATP y átomos de hidrógeno. Los átomos de hidrógeno provenientes de las etapas anteriores se combinan con el oxígeno para formar agua. Además de gran cantidad de energía que sirve para formar 36 moléculas de ATP.

Respiración: La respiración es un proceso biológico propio de los seres vivos, cuyo objetivo es mantener activo su organismo (por lo tanto, vivo) a través del intercambio de dióxido de carbono por oxígeno. La respiración es conocida comúnmente como el proceso por el cual inhalamos aire.
Para que los seres vivos aeróbicos puedan mantener sus funciones vitales activas, necesitan de este proceso que consiste en el consumo de oxígeno y la expulsión de dióxido de carbono (CO2). Dependiendo de la especie y del lugar donde habitan, pueden adquirir este elemento vital (O) a través del aire o agua, mediante sistema pulmonar, braquial, cutáneo o traqueal.

Luego de que el oxígeno haya cumplido su objetivo dentro del sistema, se devuelve al medio ambiente, como desecho denominándose dióxido de carbono. Otro elemento, que para otros organismos como las plantas es vital, por lo que constantemente estamos en un intercambio en el ecosistema. Desde la nariz hasta los pulmones y en general, todos los órganos que componen el sistema respiratorio, son los encargados de captar el oxígeno y llevarlo al cuerpo. Esto permitirá por ejemplo, oxigenar la sangre o sintetizar azúcares para obtener energía. Todos los tejidos celulares requieren del oxígeno para llevar a cabo sus funciones.

El proceso de respirar presenta tres ritmos:

a. Inspiración: También conocida como inhalación. Es el momento donde se trae el aire
desde el exterior hacia el interior del organismo, mediante la nariz cavidad nasal, bucal,
tráquea, laringe y faringe. La caja torácica se expande y a su vez el diafragma desciende,
generando el espacio suficiente para que los pulmones se llenen de aire. Aquí tienen una
importante función las variaciones entre las siguientes presiones: pleural, alveolar y
transpulmonar.

b. Pausa: Instante que permanece dentro el aire.

c. Espiración: O también llamada exhalación. Es el proceso de expulsión del aire y sus
desechos donde el diafragma y las costillas retorna a su lugar, los músculos que se
retrajeron en la inspiración se relajan haciendo que el aire sea expulsado de los pulmones.

Fermentación: Es un proceso catabólico de oxidación incompleta, totalmente anaeróbico (No
necesita de oxígeno para llevarse a cabo), siendo el producto final un compuesto orgánico. Estos
productos finales son los que caracterizan los diversos tipos de fermentaciones.

La fermentación consiste en un proceso de glucólisis (ruptura de la molécula de glucosa) que
produce (ácido pirúvico) y que al carecer de oxígeno como receptor de los electrones sobrantes
del NADH (Nicotin Adenin Dinucleótido) producido, emplea para ello una sustancia orgánica que
deberá reducirse para así re oxidar el NADH a NAD+, obteniendo finalmente un derivado del
sustrato inicial que se oxida.

De acuerdo a la sustancia obtenida al final del proceso de fermentación, podemos clasificarlo en:

a. Fermentación alcohólica. Llevada a cabo por las levaduras principalmente, produce a
partir de ciertos azúcares una cantidad de alcohol etanol, dióxido de carbono y ATP. Este
es el proceso empleado para producir las bebidas alcohólicas.

b. Fermentación acética. Propia de las bacterias del género Acetobacter, transforma el
alcohol etílico en ácido acético, o sea, el alcohol en vinagre. Es, no obstante, un proceso
aeróbico, por lo que puede darse en los vinos expuestos al aire.

c. Fermentación láctica. Consiste en una oxidación parcial de la glucosa, llevada a cabo por
bacterias lácticas o por las células musculares animales (cuando se quedan sin oxígeno
para respirar). Este proceso genera ATP pero sub produce ácido láctico, lo cual produce al
acumularse, la sensación dolorosa de fatiga muscular.

d. Fermentación butírica. Descubierta por Pasteur, consiste en la conversión de las glucosas
en ácido butírico y gas, esto último le confiere un olor típicamente desagradable. Es
llevada a cabo característicamente por las bacterias del género Clostridium y requiere de
presencia de lactosa.

e. Fermentación butanodiólica. Se trata de una variante de la fermentación láctica, llevada a
cabo por entero bacterias que liberan dióxido de carbono y generan butanodiol, un
alcohol incoloro y viscoso.

f. Fermentación propiónica. En este proceso intervienen el ácido acético, dióxido de
carbono y ácido succínico, y se obtiene de todos ellos ácido propiónico, una sustancia
corrosiva con olor acre.