¿Cómo obtenemos energía? (Reacciones químicas): Crash Course Biología #26
Summary
TLDREste episodio de Crash Course Biología, presentado por Mini Contreras, explora cómo las células utilizan la energía para llevar a cabo todas sus funciones vitales. Se compara la actividad celular con la de una ciudad, donde la energía es esencial para los movimientos y procesos constantes. Se explica que la energía, definida como la capacidad de provocar cambios, se transforma y se transfiere, pero nunca se crea ni se destruye, según las leyes de la termodinámica. La conversión de la energía solar a energía química a través de la fotosíntesis y su uso en la cadena alimentaria se discute, así como la importancia del ATP como fuente de energía reutilizable en las células. Además, se introducen conceptos como la termodinámica, la energía potencial, las reacciones químicas y las enzimas, que son cruciales para entender cómo las células mantienen el orden y la vida en el caos del universo.
Takeaways
- 😀 Las células son comparadas con ciudades microscópicas, donde ocurre una gran actividad y se necesita energía para llevar a cabo todas las funciones.
- 🔋 La energía es definida como la capacidad de provocar cambios, específicamente en forma de trabajo, y no está hecha de materia sino que afecta a la materia.
- ☀️ La mayoría de la energía en la Tierra proviene del sol, pero los animales, incluyendo los humanos, no pueden utilizarla directamente y es donde las plantas intervienen a través de la fotosíntesis.
- 🌿 Las plantas transforman la energía solar en energía química, almacenada en azúcares como la glucosa, que luego es transferida a los animales cuando se alimentan de plantas.
- 🔄 La Primera Ley de la Termodinámica establece que la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma o se transfiere de una forma a otra.
- 🔗 La energía química es una forma de energía potencial, como un resorte enrollado, que puede ser liberada y utilizada para realizar trabajo en las células.
- 🔋 El ATP (adenosina trifosfato) es una molécula esencial para la energía en las células, actuando como una pila que se puede recargar y que libera energía al romperse.
- 🧬 Las enzimas son proteínas que catalizan reacciones químicas en las células, permitiendo que ocurran más rápidamente y con menor energía de activación.
- 🔁 Las rutas metabólicas son procesos en los que múltiples enzimas trabajan juntas para construir o descomponer moléculas complejas, como en la respiración celular o la digestión de glucosa.
- 🌐 La Segunda Ley de la Termodinámica indica que el desorden (entropía) en el universo siempre aumenta, lo que es fundamental para entender cómo las reacciones químicas ocurren y cómo se mantienen los procesos vitales.
Q & A
¿Qué comparan las células con respecto a las ciudades en el guion?
-Las células se comparan con ciudades microscópicas con un ajetreo constante y muchas actividades que requieren energía para llevar a cabo.
¿Cómo se define la energía en términos científicos según el guion?
-La energía se define como la capacidad de provocar cambios, específicamente en forma de trabajo.
¿De dónde proviene la mayoría de la energía utilizada en la Tierra y cómo la utilizan los animales?
-La mayoría de la energía en la Tierra proviene del sol, y los animales, incluyendo los humanos, la obtienen a través de la cadena alimentaria, ya que las plantas a través de la fotosíntesis transforman la energía solar en energía química que luego es consumida por los animales.
¿Qué es la Primera Ley de la Termodinámica y cómo se relaciona con la energía en las células?
-La Primera Ley de la Termodinámica establece que la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma de una forma a otra o se transfiere de un objeto a otro. Esto se relaciona con las células porque la energía se transfiere y transforma constantemente a través de reacciones químicas para realizar las funciones celulares.
¿Qué es el ATP y qué función cumple en las células?
-El ATP, o adenosina trifosfato, es una molécula que actúa como una pila que se puede recargar y que es esencial para almacenar y transferir energía en las células, permitiendo que se realicen las reacciones químicas necesarias para la vida.
¿Cómo se describe la relación entre las enzimas y las reacciones químicas en el guion?
-Las enzimas son proteínas que catalizan reacciones químicas, permitiendo que ocurran más rápidamente y eficientemente. Se adhieren a los reactivos y reducen la energía de activación de las reacciones, lo que es crucial para mantener la vida en los organismos.
¿Qué es la Segunda Ley de la Termodinámica y cómo afecta a las células?
-La Segunda Ley de la Termodinámica establece que el desorden, o entropía, siempre aumenta en el universo. Esto significa que las reacciones químicas en las células aumentan la entropía, lo que es necesario para que la vida tenga algo de orden y permita que las reacciones ocurran.
¿Qué son las rutas metabólicas y cómo son importantes para los seres vivos?
-Las rutas metabólicas son secuencias de reacciones químicas que ocurren de manera sucesiva y que construyen o descomponen moléculas biológicas esenciales para cumplir funciones vitales. Son fundamentales para la vida ya que permiten a los seres vivos procesar nutrientes y producir energía.
¿Cómo se relaciona el concepto de 'energía de activación' con las reacciones químicas en el guion?
-La energía de activación es la cantidad mínima de energía necesaria para que una reacción química ocurra. Las enzimas pueden reducir esta energía de activación, permitiendo que las reacciones ocurran más rápidamente y eficientemente, lo que es esencial para la vida celular.
¿Qué es el acoplamiento enzimático y cómo ayuda en las reacciones químicas?
-El acoplamiento enzimático es un proceso por el cual la energía liberada en una reacción exergónica se utiliza para activar una reacción endergónica. Esto permite que reacciones que normalmente requerirían energía adicional para ocurrir, se realicen de manera eficiente y en cadena.
Outlines
🔋 Función de la energía en las células
Este párrafo introduce la comparación entre las células y las ciudades microscópicas, destacando la constante actividad y la necesidad de energía para llevar a cabo todas las funciones del cuerpo. Se menciona que la energía es esencial para actividades cotidianas y se explica que, al igual que las ciudades, las células requieren energía para realizar sus funciones vitales. La energía se define como la capacidad de provocar cambios, específicamente en forma de trabajo. Se explica que la mayoría de la energía en la Tierra proviene del sol, y cómo las plantas a través de la fotosíntesis transforman la energía solar en energía química, la cual luego es transferida a los animales cuando se alimentan de plantas. Además, se introduce la Primera Ley de la Termodinámica, que establece que la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma o se transfiere.
🌱 La energía en la vida celular y la ATP
El segundo párrafo profundiza en cómo las células utilizan la energía química almacenada en moléculas de azúcar para realizar sus funciones. Se describe el proceso de liberación de energía a través de reacciones químicas dentro de la célula y se destaca el papel crucial de la adenosina trifosfato (ATP) como la principal fuente de energía en los organismos. Se explica que el ATP es una molécula que puede ser recargada y que su estructura química, con tres grupos fosfato, permite almacenar y liberar energía potencial. Además, se menciona cómo la hidrólisis del ATP, al unirse con agua, libera energía para realizar trabajo en la célula. Se aborda la importancia de las reacciones químicas en la vida celular, incluyendo la síntesis de hormonas, la construcción de nuevos organelos y la descomposición de alimentos, y se enfatiza que sin estas reacciones, la célula muere.
🔄 Enzimas y rutas metabólicas en la energía celular
El tercer párrafo explora el papel de las enzimas en la catalización de reacciones químicas, permitiendo que ocurran más rápidamente y con menor energía de activación. Se describe cómo las enzimas, debido a su forma complementaria, se adhieren a los reactivos y facilitan la interacción entre ellos, o desgastan enlaces químicos para facilitar su ruptura. Se explica el concepto de acoplamiento enzimático, donde la energía liberada en una reacción exergónica se utiliza para activar una reacción endergónica. Además, se introduce la idea de rutas metabólicas, que son secuencias de reacciones químicas que construyen o descomponen moléculas biológicas esenciales para cumplir funciones específicas en los seres vivos. Se menciona que el entendimiento de estas rutas metabólicas puede ayudar en el tratamiento de enfermedades como el cáncer y la diabetes, utilizando inhibidores enzimáticos. Finalmente, se destaca la universalidad de las rutas metabólicas en la vida, lo que permite aprender sobre otras especies al estudiar nuestros propios procesos biológicos.
Mindmap
Keywords
💡energía
💡células
💡termodinámica
💡ATP
💡fotosíntesis
💡reacciones químicas
💡enzimas
💡hidrólisis
💡metabolismo
💡entropía
Highlights
Las células son comparadas con ciudades microscópicas con actividades constantes y la necesidad de energía para sus funciones.
La energía es definida como la capacidad de provocar cambios, específicamente en forma de trabajo.
La mayoría de la energía en la Tierra proviene del sol, pero los animales lo obtienen a través de la cadena alimentaria.
Las plantas transforman la energía solar en energía química a través de la fotosíntesis.
La Primera Ley de la Termodinámica establece que la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma.
El ATP es descrito como una molécula esencial para almacenar y transferir energía en las células.
La energía química en las moléculas de azúcar se libera a través de reacciones químicas en las células.
Las enzimas son proteínas que catalizan reacciones químicas y son esenciales para la vida.
Las rutas metabólicas son series de reacciones químicas que construyen o descomponen moléculas biológicas.
La Segunda Ley de la Termodinámica indica que el desorden (entropía) en el universo siempre aumenta.
Las reacciones químicas son descritas como exergónicas si liberan energía y endergónicas si la absorben.
Las enzimas reducen la energía de activación de las reacciones, permitiendo que ocurran más rápidamente.
El acoplamiento enzimático permite que la energía de una reacción exergónica se use para activar una reacción endergónica.
La respiración celular es el siguiente tema a explorar en la serie, que involucra el uso del ATP y las rutas metabólicas.
La muerte celular se define como el punto en el que una célula deja de poder realizar las reacciones químicas necesarias para la vida.
Las células se renuevan constantemente, reemplazando el equivalente al peso del cuerpo en células cada año.
Transcripts
Las células son como ciudades microscópicas.
Hay un ajetreo constante, mucho trabajo por hacer y cosas que tienen que ir del punto A al punto B.
Las ciudades necesitan muchos tipos de energía para llevar a cabo todas estas actividades.
Usamos energía para impulsar nuestros autos,
calentar nuestras casas, y cargar la batería de nuestros celulares.
Y si eres como yo, tu celular sobrevive de manera milagrosa
por horas con solo cinco por ciento de carga.
Al igual que las ciudades, las células necesitan energía para llevar a cabo
todas sus funciones – que de hecho son todas las funciones del cuerpo.
Y todas las funciones de todos los seres vivos de este planeta.
Pero antes de entender cómo es que nuestras células aprovechan y utilizan la energía,
necesitamos entender qué es la energía exactamente.
Y bueno, es esta cosa que sale de las paredes para que puedan funcionar nuestros cargadores,
nuestros videojuegos y hasta nuestras aspiradoras.
Pero ¿qué quiere decir esto exactamente?
¿Y qué tiene que ver un concepto tan abstracto como la energía con la biología?
¡Hola! Soy Mini Contreras y esto es Crash Course Biología.
[THEME MUSIC]
Cuando digo “energía”, pueden venirte a la mente montones de cosas.
Plantas de energía, relámpagos, pilas y baterías…
Esas son representaciones físicas del fenómeno no-físico que es la energía.
La energía no está hecha de materia, pero sí afecta a la materia.
En ciencia se define la energía como la capacidad de provocar cambios,
específicamente en forma de trabajo.
Y la definición científica de trabajo es la fuerza
que se necesita para desplazar un objeto una distancia determinada .
La mayoría de la energía que se utiliza en el planeta Tierra viene del sol, pero como te
podrás imaginar, es difícil que los animales, incluyendo los seres humanos, la utilicen.
Aquí es donde entran las plantas.
A través de la fotosíntesis, las plantas combinan la energía del sol con agua y dióxido de carbono.
Esto transforma la energía solar en energía química -o en azúcares
como la glucosa- que la planta usa como alimento.
Y cuando un animal se come una planta,
un porcentaje de esa energía se transfiere a su cuerpo.
¡Así que, la energía es esa vibra maravillosa que nos conecta a todos,
amigo! Lo digo en broma, pero la verdad es algo cierto.
Las leyes de la termodinámica explican cómo se transforma la energía en nuestro universo y cómo
se mueve entre los objetos, funcionando como un gran sistema interconectado.
Entonces, ¿cómo funciona la energía?
Bueno, la Primera ley de la termodinámica dice que la energía no se crea ni se destruye,
sino que se transforma de una forma a otra, o se transfiere de una cosa a otra.
Como esta carrito de madera que tira a esta helado de la mesa.
Los seres vivos intercambiamos energía y materia con nuestros alrededores,
así que cuando usamos nuestra energía – ya sea al digerir unos tacos, escribir una carta de amor,
o correr un maratón – ésta ya no está disponible para que la volvamos a usar.
Pero la energía no se destruyó.
Simplemente se transfirió a otra cosa o se transformó a una forma
que nuestro cuerpo no puede usar para hacer un trabajo.
Así que cuando me como una hamburguesa, mi cuerpo recibe la energía que una vaca obtuvo cuando
comió algo de pasto, y por su parte, el pasto originalmente obtuvo la energía de la luz del sol.
Pero, todavía no puedo usar esta energía,
porque la energía química es una forma en la que se almacena energía, una energía potencial.
Te puedes imaginar que la energía química que existe dentro de las plantas y dentro
de nuestros cuerpos, es como un resorte enrollado que está listo para soltarse.
Tiene el potencial de liberar su energía, pero solo si se activa de manera apropiada.
Cuando nuestras células necesitan usar la energía potencial que tienen guardada para mover material
dentro de nuestra ciudad celular, se necesitan reacciones químicas para liberar la energía que
se encuentra almacenada en moléculas de azúcar, para así poder completar los trabajos de la vida.
Y para lograr eso, los organismos de la Tierra necesitamos producir
una clase de molécula muy especial llamada adenosina trifosfato, o ATP.
El ATP es como una pila que se puede recargar – se puede rellenar de energía una y otra y otra vez.
Y el ATP hace muy bien su trabajo gracias a su composición química.
Verás, es un grupo de tres grupos fosfato, cada uno con una carga negativa.
Si alguna vez has tratado de juntar los polos negativos de dos imanes,
sabes que las cargas del mismo tipo se repelen.
Pues lo mismo pasa dentro de una molécula de ATP.
Aunque están unidos, los tres fosfatos están constantemente empujándose, tratando de separarse.
Y esta repulsión constante hace que los enlaces químicos de la molécula de ATP sean bastante
inestables, pero al mismo tiempo, por eso guardan tanta energía potencial dentro de la estructura.
Estos enlaces entre los fosfatos son muy fáciles de romper y cuando esto ocurre,
la energía potencial se libera y se puede transferir a otras moléculas en la célula.
Por ejemplo, si a una molécula de ATP la juntas con nuestro buen amigo el H2O,
el ATP se rompe muy fácilmente.
El agua parte a la molécula de ATP en dos pedazos,
rompiendo los enlaces entre los fosfatos, en una reacción química conocida como hidrólisis.
Cuando esta reacción se acopla con otros tipos de reacciones, el proceso puede
liberar mucha energía potencial para hacer el trabajo que se necesita en la célula.
¡Y créeme que hay mucho que hacer! Las células usan muchas reacciones químicas para hacer
muchas cosas útiles, como armar hormonas que se usan para que las células se comuniquen,
y construir nuevos organelos dentro de la célula.
También descomponen alimentos y mueven compuestos químicos a través de las membranas.
Así que con este proceso no sólo se hacen cosas notables como mover nuestros músculos,
sino también se completan un sinnúmero de movimientos microscópicos que son
necesarios para que siga funcionando el cuerpo.
Si en una célula dejan de ocurrir reacciones químicas, la célula se muere.
Esa es la definición de muerte que usamos en ciencia: el punto en el
que un organismo no puede seguir haciendo las reacciones químicas que crean orden.
Y cuando una célula muere, se murió.
No hay manera de salvarla.
Y bueno, es importante saber que tus células se mueren todo el tiempo.
Se calcula que pierdes el equivalente a tu peso en células cada año.
¿Acaso la ciencia no es lo máximo del mundo entero?
Bueno, bueno, no te preocupes, tus células también se reemplazan todo el tiempo.
Vas a estar bien.
La Segunda ley de la termodinámica nos dice que el desorden, un concepto al que
formalmente le podemos decir entropía, siempre está aumentando en el universo.
El ejemplo más obvio de este fenómeno es que tu
recámara siempre se desordena sin importar cuantas veces la ordenes.
Después de todo, las maneras en las que una cosa puede estar desorganizada son
infinitamente más que las formas en las que puede estar perfectamente ordenada.
Ahora, es importante saber que las reacciones químicas aumentan la entropía de un sistema,
ya que aumenta el número de maneras en las que se pueden organizar las moléculas.
Por ejemplo, esto pasa cuando se rompen enlaces químicos y
las nuevas moléculas se atraen y repelen de maneras diferentes.
Para que la vida tenga algo de orden, necesitamos el caos.
Verás, en cada reacción química hay un equilibrio
entre la variación de entropía y la variación de energía.
Para entender a qué me refiero con esto, vamos a nuestro Espacio Mental…
¡Nos vamos de campamento con el equipo de Crash Course!
En una fogata, la leña es un reactivo, o la materia prima para nuestra reacción.
Una vez que se empieza a quemar, la leña y el oxígeno que la rodea son la base de una reacción
química para formar nuevos productos, o los resultados de nuestra reacción.
En este caso, dióxido de carbono, agua y otros compuestos.
La energía que está guardada en los enlaces del reactivo
original es mayor que la energía en los enlaces de los productos.
Dicho de otra forma, la gran cantidad de energía que estaba
guardada de manera ordenada en los enlaces de las moléculas de la madera se liberó.
Las moléculas más grandes se rompen en moléculas más pequeñas, que se pueden
reorganizar en muchos tipos de combinaciones – lo que quiere decir que la entropía es mayor.
Ya que se libera energía, a este tipo de reacción se le conoce como exergónica.
Se considera que las reacciones que liberan energía son espontáneas,
pero eso no quiere decir que empiezan por cuenta propia.
“Espontáneo” simplemente quiere decir que una vez que empieza una
reacción exergónica, no se necesita energía adicional para que continúe.
Por otro lado, hay reacciones que no son espontáneas y que requieren de trabajo.
Por ejemplo, la fotosíntesis que ocurrió en los árboles antes de que los usáramos como leña.
En las reacciones endergónicas, la energía se absorbe en lugar de ser liberada .
El árbol usó moléculas de dióxido de carbono y agua que se movían en el
aire y la tierra para construir una estructura definida: en este caso una estructura leñosa.
Sea un árbol convirtiendo la luz solar en energía o que tú eches un pedazo de
madera que tanto le costó crear al árbol a una fogata, como el monstruo que eres,
todas las reacciones tienen una energía de activación – algo tiene
que echar a andar estas reacciones, como cuando se enciende un fósforo.
¡Gracias, Espacio Mental! Así que,
aunque las reacciones exergónicas ocurren de manera espontánea, algunas veces la energía de
activación es tan alta que las reacciones en realidad ocurren de manera muy lenta.
Y si ocurren demasiado lentamente, no sirven
para mantener a nuestros cuerpos vivos y funcionando como deberían.
Por suerte, la naturaleza tiene un truco muy útil para asegurar que estas reacciones
ocurran de manera eficiente – el uso de un tipo de proteínas conocidas como enzimas.
Las enzimas se pueden pegar a los reactivos ya que tienen una forma
complementaria a ellos, como dos piezas de un rompecabezas.
Una vez que pasa eso, las enzimas catalizan las reacciones y permiten que ocurran más rápido,
al hacer cosas como juntar físicamente a dos reactivos para que interactúen,
o al desgastar los enlaces químicos de los reactivos para que se rompan más fácilmente.
Al acercar los reactivos, la enzima reduce la energía de activación de una reacción,
lo cual permite que ocurra mucho más rápido.
Y lo más genial es que las enzimas se pueden usar muchas veces.
La reacción no altera la forma de la enzima de manera permanente,
así que pueden catalizar reacciones una y otra y otra vez.
Las enzimas se utilizan en una gran cantidad de reacciones dentro y fuera de nuestros cuerpos.
Por ejemplo, un bebé recién nacido tiene que comer mucho,
así que hay una enzima especial en la leche materna que se llama lipasa, que ayuda a que
el bebé absorba las grasas de la leche materna de forma más eficiente cuando se amamanta.
O a veces, las enzimas ayudan a que dos reacciones
puedan trabajar juntas en lo que se llama acoplamiento.
Verás, cuando dos reacciones se quieren mucho… no, espera, no va por ahí…
Cuando una enzima facilita el acoplamiento, permite que la energía que se genera en una
reacción exergónica se use para activar una reacción endergónica.
Es como si usaras una bicicleta estacionaria y pudieras usar la
energía de tu pedaleo para cargar tu celular.
Muchos seres vivos dependen del acoplamiento enzimático para descomponer la glucosa,
un carbohidrato muy útil, y así usarla como fuente de energía.
Este es solo un ejemplo de muchos.
Casi siempre se necesita más de una reacción para construir o descomponer una molécula compleja.
Cuando muchas enzimas reducen la energía de activación de varias reacciones químicas que
ocurren de manera sucesiva, a este proceso le llamamos ruta metabólica.
Una ruta metabólica construye o rompe una molécula biológica particular que
necesitan los seres vivos para cumplir una función predefinida.
Por ejemplo, estas rutas ayudan a ensamblar moléculas complejas como
los nucleótidos que se usan para construir una molécula de ADN.
Y entre más entendemos cómo interactúan todos estos procesos,
tenemos una mejor idea de cómo podemos combatir ciertas enfermedades.
Sea cáncer o diabetes, muchas veces podemos tratar estas enfermedades con inhibidores
enzimáticos – que bloquean o enlentecen a las enzimas que no funcionan como deberían.
Y lo impresionante es que todos los seres vivos tienen rutas metabólicas
bastante parecidas – así que cuando estudiamos y aprendemos sobre los
procesos de nuestros cuerpos, aprendemos también muchas cosas de otras especies.
Y de la misma manera, al estudiar a otros organismos, podemos aprender bastante
sobre nuestra realidad – y sobre la energía que compartimos en este gran universo interconectado.
Así como las ciudades se alimentan de energía, nuestras células usan energía
para todo su trabajo, lo que mantiene nuestros cuerpos funcionando de muchas maneras hermosas.
Así estés jugando un videojuego, haciendo tu tarea, o lamentando la muerte de miles
de millones de tus células, tu cuerpo está utilizando energía.
Esta energía está involucrada en las reacciones químicas que ocurren
dentro de tu cuerpo en todo momento, con un poco de ayuda de las enzimas.
En nuestro siguiente episodio, con ayuda de nuestro conocimiento del ATP y las
rutas metabólicas, vamos a explorar el proceso de la respiración celular.
¡Nos vemos pronto!
Esta serie fue producida en colaboración con HHMI BioInteractive.
Si eres educador, visita BioInteractive.org/CrashCourse
para obtener recursos para el salón de clases y desarrollo profesional
relacionado con los temas tratados en este curso.
Gracias por ver este episodio de Crash Course Biología,
que se hizo con la ayuda de todas estas personas energéticas.
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