¿Cómo se libera la energía en una célula?

Energía Celular y Funciones Celulares

Las células administran una amplia gama de funciones en su pequeño paquete (crecimiento, mudanza, mantenimiento, etc.) y la mayoría de esas funciones requieren energía. Pero, ¿cómo obtienen las células esta energía en primer lugar? ¿Y cómo lo usan de la manera más eficiente posible?

¿De dónde obtienen las células su energía?

Figura 1: para las células fotosintéticas, la principal fuente de energía es el sol.

Para las células fotosintéticas, la principal fuente de energía es el sol.

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Las células, como los humanos, no pueden generar energía sin localizar una fuente en su entorno. Sin embargo, mientras que los humanos buscan sustancias como los combustibles fósiles para alimentar sus hogares y negocios, las células buscan su energía en forma de moléculas de alimentos o luz solar. De hecho, el Sol es la principal fuente de energía para casi todas las células, porque las procariotas, algas y células vegetales fotosensibles aprovechan la energía solar y la utilizan para formar las complejas moléculas de alimentos orgánicos de las que dependen otras células para obtener la energía necesaria para sostener el crecimiento. , metabolismo y reproducción (Figura 1).

Los nutrientes celulares vienen en muchas formas, incluyendo azúcares y grasas. Para proporcionar energía a una célula, estas moléculas tienen que pasar a través de la membrana celular, que funciona como una barrera, pero no como una barrera intransitable. Al igual que las paredes exteriores de una casa, la membrana plasmática es semipermeable. De la misma manera que las puertas y ventanas permiten que las necesidades entren en la casa, varias proteínas que abarcan la membrana celular permiten moléculas específicas en la célula, aunque pueden requerir un poco de energía para realizar esta tarea (Figura 2).

Figura 2: las células pueden incorporar nutrientes por fagocitosis.

Esta ameba, un organismo unicelular, adquiere energía al envolver nutrientes en forma de una célula de levadura (roja). A través de un proceso llamado fagocitosis, la ameba encierra la célula de levadura con su membrana y la atrae hacia adentro. Las proteínas especializadas de la membrana plasmática en la ameba (en verde) están involucradas en este acto de fagocitosis, y luego son recicladas nuevamente dentro de la ameba después de que los nutrientes son engullidos.

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Detalle de la figura

¿Cómo las células convierten los nutrientes en energía utilizable?

Las moléculas complejas de alimentos orgánicos como los azúcares, las grasas y las proteínas son fuentes ricas de energía para las células porque gran parte de la energía utilizada para formar estas moléculas se almacena literalmente dentro de los enlaces químicos que las mantienen unidas. Los científicos pueden medir la cantidad de energía almacenada en los alimentos usando un dispositivo llamado calorímetro de bomba . Con esta técnica, la comida se coloca dentro del calorímetro y se calienta hasta que se quema. El exceso de calor liberado por la reacción es directamente proporcional a la cantidad de energía contenida en el alimento.

Figura 3: La liberación de energía del azúcar

Compare la oxidación gradual (izquierda) con la quema directa de azúcar (derecha). A través de una serie de pasos pequeños, la energía libre se libera del azúcar y se almacena en moléculas transportadoras en la célula (ATP y NADH, no se muestran). A la derecha, la quema directa de azúcar requiere una mayor energía de activación. En esta reacción, se libera la misma energía libre total que en la oxidación gradual, pero ninguna se almacena en las moléculas portadoras, por lo que la mayor parte se perderá en forma de calor (energía libre). Esta combustión directa es por lo tanto muy ineficiente, ya que no aprovecha la energía para un uso posterior.

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En realidad, por supuesto, las células no funcionan como los calorímetros. En lugar de quemar toda su energía en una gran reacción, las células liberan la energía almacenada en sus moléculas de alimentos a través de una serie de reacciones de oxidación. La oxidación describe un tipo de reacción química en la que los electrones se transfieren de una molécula a otra, cambiando la composición y el contenido energético de las moléculas donante y aceptora. Las moléculas de los alimentos actúan como donantes de electrones. Durante cada reacción de oxidación involucrada en la descomposición de los alimentos, el producto de la reacción tiene un contenido de energía más bajo que la molécula del donante que lo precedió en la ruta. Al mismo tiempo, las moléculas aceptoras de electrones capturan parte de la energía que se pierde de la molécula de alimento durante cada reacción de oxidación y la almacenan para un uso posterior. Eventualmente, cuando los átomos de carbono de una molécula de alimento orgánico complejo se oxidan por completo al final de la cadena de reacción, se liberan como desechos en forma de dióxido de carbono.
Fuente de respuesta: energía celular, funciones de la célula