Termodinámica

Introducción

Es el conjunto de reacciones químicas encadenadas, ordenadas y sucesivas que están destinadas a la creación y a que se mantenga la vida.

Por ejemplo, los azúcares son convertidos en aminoácidos y viceversa. El glucógeno, a partir de miles de moléculas de glucosas, es acoplado. Y las proteínas a partir de aminoácidos. Por otro lado, estos polímeros serán hidrolizados cuando las necesidades de las células lo requieran.

El metabolismo y sus miles de reacciones químicas

Las enzimas catalizadas biológicas que ayudan en reacciones químicas, dirigen dichas rutas, acelerando diferencialmente reacciones determinadas.

También, maneja las fuentes de materia y energía.

Algunas rutas metabólicas liberan energía por ruptura de los enlaces químicas de moléculas complejas a compuestos más simples. Estos procesos de degradación constituyen las vías catabólicas. Del mismo modo, existen vías anabólicas que consumen energía para construir moléculas de mayor tamaño a partir de moléculas más simples.

El metabolismo tiene principalmente dos finalidades:

Obtener energía química utilizable por la célula, que se almacena en forma de ATP (ADENOSIN TRIFOSFATO)

Fabricar sus propios compuestos a partir de los nutrientes, que serán utilizados para crear sus estructuras o para almacenarlos como reserva.

Estas reacciones químicas metabólicas pueden ser dos tipos: Catabolismo y anabolismo.

Catabolismo y anabolismo

* El catabolismo

Su función es reducir, es decir de una sustancia o molécula compleja hacer una más simple. Entonces, es el conjunto de reacciones metabólicas mediante las cuales las moléculas orgánicas más o menos complejas (como puede ser un glúcido o un lípido), que provienen del medio externo, se rompen o degradan total o parcialmente transformándose en otras moléculas más sencillas.

Esta energía será utilizada por la célula para realizar sus actividades vitales (transporte activo, contracción muscular, síntesis de moléculas)

Estas reacciones catabólicas se identifican por ser degradativas, porque mediante ellas compuestos complejos se transforman en otros más sencillos.

Son reacciones oxidativas, mediante las cuales se oxidan los compuestos orgánicos más o menos reducidos, liberándose electrones que son captados por coenzimas oxidadas que se reducen.

Son reacciones exergónicas en las que se libera energía almacenada en forma de ATP.

Son procesos convergentes mediante los cuales a partir de compuestos muy diferentes, se obtienen siempre los mismos compuestos (dióxido de carbono, etanol, etc.)

* El anabolismo

Mediante estas reacciones se crean nuevos enlaces por los que se requiere un aporte de energía que provendrá del ATP.

Estas, se caracterizan por ser reacciones de síntesis, mediante ellas a partir de compuestos sencillos se sintetizan otros más complejos.

Son reacciones de reducción mediante, las cuales, compuestos más oxidados se reducen, para ello necesitan los electrones que ceden coenzimas (moléculas que suman a las enzimas para oxidar) reducidas, las cuales se oxidan. Es la fosforización oxidativa, que transfiere electrones o los equivalentes reducidos, obtenidos en el ciclo de Krebs.

Son reacciones endergónicas que requieren un aporte de energía que procede de la hidrólisis del ATP.

Son procesos divergentes debido a que, a partir de unos pocos compuestos se puede obtener una gran variedad de productos.

En las células se producen una gran cantidad de reacciones metabólicas (tanto catabólicas como anabólicas), estas no son independientes sino que están asociadas formando las denominadas rutas metabólicas.

Ejemplos de cada uno: Anabolismo implica requerimiento de energía. Por ejemplo, la síntesis de sustancias (como el glucógeno) requiere de glucosa y energía. Catabolismo libera energía, por ejemplo, la glucosa se quema en las mitocondrias y en presencia de oxigeno, produce energía (que se almacena en forma de ATP), dióxido de carbono y agua.

Las vías metabólicos se interceptan de tal forma que la energía liberada de reacciones catabólicas, puede utilizarse para llevar a cabo reacciones anabólicas. Así, la transferencia de energía del catabolismo al anabolismo se denomina acoplamiento energético.

Los organismos son transformadores de energía

La energía ha sido definida como la capacidad de realizar trabajo, de producir una modificación en la materia.

Puede adoptar la forma de calor, luz, electricidad, movimiento, etc. Igualmente, se reconocen dos clases principales de energía, la energía potencial que realiza trabajo en virtud de la posición o el estado de una partícula. Y la energía cinética, sucede cuando dentro del organismo, se producen reacciones químicas que transforman la energía potencial en calor, movimiento o alguna otra forma.

La energía química que los organismos utilizan en las reacciones metabólicas, proviene de los enlaces químicos que los glúcidos, lípidos y proteínas.

Esta energía potencial que guardan los enlaces químicos, puede ser aprovechada parcialmente por el organismo cuando se rompen esos enlaces químicos. La energía que no puede ser atrapada por el organismo, se disipa como calor.

En condiciones experimentales controladas, puede medirse y compararse la cantidad de energía que entra y sale de un sistema determinado. (La energía que se gasta por el metabolismo basal)

La termodinámica

Es el estudio de la energía, también es un campo de la física que describe y relaciona las propiedades físicas de la materia de los sistemas macroscópicos, así como sus intercambios energéticos. Estudia los efectos de los cambios de la temperatura, presión y volumen de los sistemas físicos a un nivel macroscópico.

Estudia la circulación de la energía y como la energía infunde movimiento.

Posee leyes, la primera nos dice que la energía no se crea ni se destruye, sino que se transforma, mudando de una forma en otra. La energía es una, pero tiene diversas formas. Y la segunda ley resume el concepto de que el calor no es transformable en otra forma de energía, y dado que la energía total es la misma, la misma no se crea ni se destruye, sino se transforma de una forma en otra.

En termodinámica se designa como energía dependiente de un alto grado de ordenamiento a la energía potencial, mientras que a la energía cinética molecular se la considera como energía con un grado reducido de ordenamiento.

A medida que la energía potencial se transforma en cinética, el desorden aumenta y utilizamos la expresión ENTROPÍA, para caracterizar el grado de desorden de un sistema (las células NO están desordenadas, así que tienen baja entropía).

En el hipotálamo se encuentra el termostato del organismo, que son, estructuras nerviosas encargadas de controlar y regular nuestra temperatura corporal.

Mecanismos de ganancia de calor externos

Se incluyen la radiación directa del sol y la irradiación de la atmosfera.

Radiación directa del sol: La superficie del cuerpo absorbe una gran cantidad de calor como radiación infrarroja. Se ha calculado que el cuerpo humano obtiene un 92%.

Irradiación desde la atmosfera: La atmosfera actúa como una pantalla amplificadora frente a las radiaciones que proceden del sol, y hace incidir las radiaciones infrarrojas directamente sobre el cuerpo.

Mecanismos internos de ganancia de calor

En el hipotálamo posterior, existe el centro nervioso simpático encargado de enviar señales que causa una disminución del diámetro de los vasos sanguíneos cutáneos, ésta es la razón por la cual la gente palidece de frío.

Pilo-erección: La estimulación del sistema nervioso simpático provoca la contracción de los músculos erectores, ubicados en la base de los folículos pilosos, lo que ocasiona que se levanten. Esto cierra los poros y evita la perdida de calor. También crea una capa densa de aire pegada al cuerpo, evitando perder calor por convección.

Termogénesis química: En el organismo, la estimulación del sistema nervioso simpático puede incrementar la producción de adrenalina y la noradrenalina ocasionando así un aumento de metabolismo celular y por lo tanto, del calor producido, pues el consumo de oxigeno dentro de las células es un proceso exotérmico. El metabolismo que es controlado por la glándula tiroides, es quien regula en la mayor parte de los casos, la temperatura de nuestro cuerpo.

Mecanismos internos de pérdida de calor

Son controlados por el organismo.

La sudoración es cuando el cuerpo se calienta de manera excesiva, se envía información del área preóptica, ubicada en el cerebro, por delante del hipotálamo. Esta desencadena la producción de sudor. El humano puede perder hasta 1,5 litros de sudor por hora.

La evaporación, es la perspiracion insensible más espiración. Un adulto de aproximadamente 70 kilos, en una temperatura ambiental confortable, pierde 840 mililitros de agua por día. La perspiracion insensible proviene de las células e impregna la ropa, que adquiere olor característico.

La vasodilatación es cuando la temperatura corporal aumenta, los vasos periféricos se dilatan y la sangre fluye en mayor cantidad cerca de la piel, para enfriarse. Por eso, después de un ejercicio la piel se enrojece, ya que está más irrigada.

Autor:

Princesita Loli Moon