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Oxidación de la glucosa

13/06/2017

Un organismo vivo requiere energía simplemente para sobrevivir como una estructura organizada, y mucho menos para llevar a cabo cualquiera de las funciones útiles. En esta sección exploramos la química de la fuente principal de la energía utilizada por los animales, la oxidación de la glucosa.

Oxidación de la glucosa

En los procesos bioquímicos, la oxidación de la glucosa generalmente resulta en la liberación de energía. Como tal, cuando se “quema” la glucosa para obtener energía, las células son en realidad oxidar la molécula de glucosa para producir el dióxido de carbono y agua productos.

Bioquímica, o sistema de sala de estar requieren fuentes de energía. La fuente fundamental de energía para ellos es la luz, cuya fuente es el sol. Una pequeña fracción (por caña de azúcar, 8% de la luz incidente; para el maíz, 1 – 2%) de esta luz puede ser utilizado por las plantas, a través de la fotosíntesis, para obtener compuestos de dióxido de carbono y agua. La glucosa de azúcar, cuya fórmula molecular es C 6 H 12 O 6 , se forma por la reacción global

6CO 2 + 6H 2 O rarrow.gif (63 bytes)6 H 12 O 6 + 6O 2 (g).

Bajo condiciones estándar de 25 o C y una atmósfera de presión, el cambio de energía libre estándar DG o de esta reacción es 2.870 kJ / mol. Para que este proceso no espontáneo ir, 2870 kJ / mol debe ser suministrada por la energía de otra parte, en este caso la luz. La síntesis de la glucosa puede ser tomado como típico de la producción de hidratos de carbono, o incluso de compuestos orgánicos en general, en las plantas.

Los animales, como seres humanos, no son capaces de la fotosíntesis y por lo que derivan su energía mediante la ejecución de reacciones como este hacia atrás, degradar la glucosa para, en última instancia, dióxido de carbono y agua. La reacción global de oxidación de la glucosa es la inversa de la reacción global para su formación. Para la reacción inversa, el cambio de energía libre estándar DG debe ser entonces de -2870 kJ / mol.

El problema básico en el metabolismo de los animales es que 2.870 kJ es demasiada energía para usar en un nudo; que tiene que ser dividido en unidades más pequeñas. Esto se puede ver si tenemos en cuenta la relación DG O = RT ln K; DG o = -1,363 log K, a 25 o C. El efecto es más clara en forma tabular.

Considere una reacción algo típico bioquímica realizada por la enzima fosfoglucomutasa, o PGM:

Glucosa-1-fosfato (G1P) -> glucosa-6-fosfato (G6P). Si empezamos con una solución de glucosa-1-fosfato (G1P) de concentración fisiológica, por ejemplo 0,02 molar originalmente, y llevar a cabo la reacción utilizando la enzima, a continuación, se observa, después de la reacción finalmente ha llegado a equilibrio, 0,019 G6P molar y 0.001 G1P molar. Un cambio de energía libre de 2.870 kJ / mol es obviamente mucho demasiado grande, ya que el cálculo siguiente muestra:

K = [Productos] / [REACTIVOS] = 0,019 / 0,001 = 19, y

DG o = RT ln K = -2,303 log RT 19 = -7.30 kJ / mol

La oxidación de la glucosa en realidad tiene lugar en una complicada serie de etapas que implican ATP (trifosfato de adenosina, el portador de energía de los organismos vivos), ADP (difosfato de adenosina, una forma de baja energía de ATP; ATP + H 2 O -> ADP + H 2 PO  , con la DG o = -30,54 kJ / mol), NAD + (dinucleótido de nicotinamida adenina) y NADH (la forma reducida de NAD + ). Estos pasos se producen como en tres grupos.

Primero vienen los pasos de glucólisis , para lo cual la Dirección General de O = -196,6 kJ / mol. Estos pasos llevan a cabo la reacción global:

6 H 12 O 6 + 2ATP + 2ADP + 2NAD + rarrow.gif (63 bytes) 2NADH + 4ATP + ácido 2 láctico

La estructura del ácido láctico es CH 3 CHOH-COOH y su nombre sistemático es 1-hidroxipropanoico ácido. Dos moléculas de ácido láctico se producen, y dos moléculas de ATP se producen a partir de ADP, en la glucólisis de una molécula de glucosa.

El NADH producido en esta reacción se recicla. Este es el propósito de la segunda parte de la vía, las etapas de oxidación, que proporcionan la recuperación de la NAD + . Estos se llevan a cabo a través de la vía del citocromo :

2 [3ADP + NADH rarrow.gif (63 bytes)NAD + + 3ATP]

La vía del citocromo, hay una pérdida neta de dos moléculas de NADH y seis moléculas de ADP y una ganancia neta de dos moléculas de NAD + y seis moléculas de ATP. En general, en los dos grupos de pasos considerados hasta el momento, ha habido una pérdida neta de una molécula de glucosa y ocho moléculas de ADP, y una ganancia neta de ocho moléculas de ATP y dos moléculas de ácido láctico.

En tercer lugar vienen los del ciclo de Krebs pasos:

2 [CH 3 CHOH-COOH + 6O 2 + 15ADP rarrow.gif (63 bytes)3CO 2 + 3H 2 O + 15ATP].

En los pasos del ciclo de Krebs, dos moléculas de ácido láctico se convierten en seis moléculas de dióxido de carbono y seis de agua, mientras que 30 moléculas de ADP se convierten a 30 moléculas de ATP.

En general, la reacción neta ha sido:

6O 2 + C 6 H 12 O 6 + 38ADP rarrow.gif (63 bytes)38ATP + 6CO 2 + 6H 2 O.

La energía total de la reacción exergónica (dador de energía),

6O 2 + C 6 H 12 O 6 rarrow.gif (63 bytes) 6CO 2 + 6H 2 O,

es -2870 kJ / mol, mientras que la energía total de la endergónica reacción (que requiere energía),

38ADP rarrow.gif (63 bytes)38ATP,

es 38 (30,54) = 1160,5 kJ. La eficiencia de transferencia de energía es entonces 1160,5 / 2870, o 40%, en condiciones estándar. En condiciones biológicas reales que está en algún lugar entre el 44% y el 66%.

El resultado de la oxidación completa de la glucosa es la producción de 38 ATP / glucosa, una eficiencia de conversión de aproximadamente el 50% más o menos. La mayor parte de esta energía se desprende de la reacciones del ciclo de Krebs. Algunos organismos primitivos pueden utilizar sólo la glucólisis y por lo tanto la mayor parte de la energía contenida en la glucosa no está disponible para ellos.

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