Todo lo que siempre quiso saber sobre la fotosíntesis y la respiración celular y no se atrevió a preguntar (II)


Decíamos ayer que hay más cosas en el cielo y en la tierra de las que sueña la filosofía de Horacio, y blabla … Pues bien, para poder seguir hay que hablar, así como de pasada, de unas reacciones químicas que no puedo nombrar, porque se enfada el robot. Así que haré lo que han hecho desde siempre los grandes hombres de ciencia: poner un nombre nuevo a cosas viejas, y llamarlas reacciones de tiramos la casa por la ventana, o de semos modestos que hay crisis. En unas y en otras, la reacción química exige un gasto neto de energía.

En las reacciones de tiramos la casa por la ventana, cogemos una sustancia, la juntamos con otra, le metemos un chute de energía, y el resultado es uno o varios productos que almacenan menos energía y un porrón de calor. Así, si usted tiene carbón en la chimenea y la chimenea está en el planeta tierra, no debe preocuparse por el oxígeno que hay en el ambiente. Sin embargo, si aumentamos el calor del carbón, es decir, si aceleramos sus moléculas, el baile resultante empieza a ser capaz de sortear las molestas y algo pacatas nubes de electrones, provocando la unión del oxígeno y algunos átomos de carbono. Se crea CO2, dióxido de carbono, y se desprende más calor. Ese calor es capaz de provocar nuevas reacciones hasta que se acaba el carbón. Al terminar, nos quedamos con el dióxido de carbón más el calor producido (más el utilizado en la combustión inicial): un dispendio (aunque tiramos de la herencia de la abuela naturaleza, claro). Un dispendio porque el dióxido de carbono es un producto que almacena menos energía química que el carbono original.

Sin embargo, en las reacciones semos modestos que hay crisis, también tenemos dos sustancias y una fuente de energía. La diferencia se produce en el resultado final: la sustancia o sustancias que resultan tienen más energía química almacenada que los productos originales. Sin embargo, también hay dispendio. Para producir la reacción química necesitamos una energía mayor que la que resulta de la diferencia entre la de los productos originales y la de los resultantes. Una reacción así es la que se produce en cualquier planta que utiliza la energía del sol (empaquetada por la propia planta) para sumar dióxido de carbono y agua y producir un azúcar y oxígeno en el proceso de fotosíntesis.

Esto se ve visualmente muy bien mediante una gráfica y un ejemplo traído de la vida cotidiana. Otro día se los pongo. De momento tengan en cuenta que el ADN de una célula, de cualquiera, es tan largo como la distancia que hay de aquí a algún objeto sideral.

Ah, antes de hablar de esa energía empaquetada por la planta, es importante saber que las células usan unos trucos para evitar que la energía de activación (el chute inicial) sea tan alta que nos consumamos cual vampiro soleado. El truco consiste en bajar la energía necesaria utilizando un catalizador (algo parecido a eso que se estropea en todos los coches). Los catalizadores de las células se llaman enzimas, casi todos, son proteínas, y funcionan como un molde, obligando a los sustratos, las sustancias que deben reaccionar, a unirse, orientándolos de una forma determinada y facilitando las interacciones eléctricas (a veces esas interacciones se realizan usando la propia enzima como puente) hasta provocar la reacción. Y lo hacen utilizando una menor energía de activación. Son tela útiles, como puede comprobar si se envenena con algún inhibidor del estilo de los organofosforados.

Dicho lo cual y retomando la cosa energética, para las reacciones semos modestos que hay crisis hay que utilizar una cuanta de energía. Para que esa energía esté disponible, los seres vivos la empaquetan utilizando unas pocas moléculas.

La principal es el ATP o adenosín trifosfato (su nombre dentro de la famiglia es C10H16N5O13P3). Se trata de un nucleótido, un pariente de los famosos ADN y ARN, que está formado, como todos los de la familia, por un azúcar, la ribosa, una base nitrogenada, la adenina, y una cola de tres grupos fosfatos.

ATP

Como vemos en la imagen, la cola es la que distingue al AMP (un grupo fosfato), del ADP (dos grupos) y el ATP (tres grupos).

La clave del ATP, que es muy soluble en agua, se encuentra en la naturaleza de los enlaces de los grupos fosfato entre sí. Son enlaces de alta energía, aunque esto se dice para engañar a los inversores. En realidad, lo importante es su inestabilidad. La molécula tiene tendencia a hidrolizarse, produciendo ADP y un fosfato, y liberando energía. Precisamente la inestabilidad de la molécula y la facilidad para crearla y destruirla es lo que la convierte en un empaquetador de energía tan útil. Para que se hagan una idea, un corredor puede utilizar hasta un kilogramo de ATP en un par de minutos de esfuerzo. Su inestabilidad, naturalmente, no permite que el almacenaje sea permanente: para eso utilizaremos otras moléculas, como glucógeno o ciertas grasas.

El otro truco, como ya nos advirtió Micer Protactínio, no tiene que ver con el enlace dentro de la molécula, sino con el intercambio de electrones. Es el caso del NAD+ (nombre secreto, C21H27N7O14P2), el dinucleótido de nicotinamida adenina (a veces NADP, si lleva un grupo fosfato añadido) que, en su forma reducida, lleva dos electrones y un hidrógeno más.

NAD

La ventaja de la molécula es su facilidad en aceptar o dar esos electrones en las reacciones redox. Con unos pequeños juegos de manos, un feo ión hidruro (que se roba del «medio ambiente») se instala en la molécula, a la vez que sus electrones son adoptados por un nitrógeno y un átomo de carbono. Una vez ocurre esto, la reoxidación a NAD+ es fácil, basta con reducir otra molécula, con la ventaja de que el material está ahí, permanentemente preparado para seguir funcionando. Digamos que el proceso consiste en ir pasando electrones, como si fueran pelotas energéticas. Por cierto, esas reacciones de reducción-oxidación son catalizadas por unas proteínas que producen un pliegue muy característico, llamado de Rossmann (en homenaje al tipo que se dio cuenta). Aquí tienen un dibujito del pliegue, con el NAD+ en rojo.

Pliegue_de_Rossmann

Con todos estos datos, ya podemos enfrentarnos al siguiente capítulo (ya, ya sé que no pueden esperar), en el que descubriremos la maravillosa proeza de nuestras moléculas amiguitas.

Pero eso será otro día.


12 comentarios en “Todo lo que siempre quiso saber sobre la fotosíntesis y la respiración celular y no se atrevió a preguntar (II)

  1. No queda más que admirar su inmensa sabiduría renacentista, Tse. De las fórmulas que usted a presentado, sólo he captado cuando sale OH…Oh, maestro…

  2. Bien: ya sabemos que ha decidido Vd. ser un hombre del Renacimiento, con los huevazos que supone eso vista la multiplicación del conocimiento humano desde el Renacimiento hasta hoy. Persevere, que algunos intentaremos chupar rueda hasta donde podamos.

    Ahora quisiera hacerle una pregunta sobre otra de sus especialidades. ¿Cómo ve Vd. el asunto del que habla hoy Espada, lo del alcoholismo como agravante?

  3. ¡Mentira, mentira gorda, que todos sabemos desde pequeñitos que las plantas se alimentan de agua! ¿Acaso usted riega las plantas con luz? ¿Qué, las enchufa a la corriente eléctrica de vez en cuando? Las plantas sólo necesitan luz para que se las pueda ver, porque sólo sirven para hacer bonito. ¡Menuda gilipollez sería tener plantas a oscuras o árboles en los sótanos; así no los podemos ver! Hay que ver qué huevos tiene usted al contarnos esta sarta de mentiras, por lo demás evidentes.

  4. Magnífico. Daré esta referencia a mis alumnos de máster. Precisamente, están estudiando (poco) para poder convertirse en profesores de química para bachillerato. Una vez superadas, claro, las correspondientes oposiciones. Así verán cómo se explica (bien) por lo sencillo. Mi asignatura en el máster va de «Enseñar Química: dificultades conceptuales y estrategias didácticas». Les va a encantar el post. De momento, les he ordenado -yo soy de la viejísima escuela- leer a Assimov. Y a Feynman, que nosotros procedemos de la Física. Somos, de hecho, las pelotillas negras que se forman en los ombligos de la Física. Esa porquería somos. También les he ordenado que acepten nuestra triste realidad como químicos, claro. De momento, no se ha dado ninguno a la bebida. De momento.

    1. Jejeje

      Se cuenta que Piazzi Smyth también forzaba las mediciones (por decirlo suavemente) para que le dieran los resultados requeridos.

  5. […] Ésa es la energía que utilizará. Pero ¿cuál es la materia prima? Pues es sencilla (debe ser fresca, eso sí): agua, dióxido de carbono y esta amiguita: Se trata de un azúcar, un monosacárido de cinco carbonos, al que se le han unido dos grupos fosfato (ahí están, a cada lado). ¿Se acuerdan de los grupos fosfatos en el ADP y el ATP? […]

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