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Introducción

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La interrelación entre estructura y función es evidente en todos los niveles de organización biológica, desde el molecular hasta el de organismo. En el capítulo previo se explicó que las proteínas tienen una intrincada estructura tridimensional que depende de la presencia de residuos de aminoácidos específicos en el sitio correcto. En este capítulo se revisa más de cerca a un grupo grande de proteínas, las enzimas, y cómo su compleja arquitectura las dota con la capacidad de aumentar mucho la velocidad de reacciones biológicas. Para comprender la forma en que las enzimas pueden lograr estas hazañas, es necesario considerar el flujo de energía durante una reacción química, lo cual conduce al tema de la termodinámica. Una breve revisión de los principios de la termodinámica también ayuda a explicar muchos de los procesos celulares que se revisan en éste y en los siguientes capítulos, incluido el movimiento de iones a través de las membranas, la síntesis de macromoléculas y el ensamble de redes citoesqueléticas. Como se describirá, el análisis termodinámico de un sistema particular revela si los fenómenos pueden ocurrir en forma espontánea, y de no ser así, indica qué cantidad de energía debe gastar una célula para que se lleve a cabo el proceso. En la sección final de este capítulo se explica cómo se vinculan entre sí las reacciones químicas individuales para formar vías metabólicas y cómo puede controlarse el flujo de energía y materias primas a través de ciertas vías.

Modelo que muestra la superficie de la enzima Δ5-3-cetosteroide isomerasa con una molécula de sustrato (verde) en el sitio activo. El carácter electrostático de la superficie está indicado con color (rojo, ácido; azul, básico). (De Zheng Rong Wu et al., Science 276:417, 1997, cortesía de Michael F. Summers, University of Maryland, Baltimore County; © 1997 Reimpresa con autorización de AAAS.)

3.1 Bioenergética

Una célula viva bulle de actividad. Se ensamblan macromoléculas de todo tipo a partir de materias primas, se producen y excretan sustancias de desecho, las instrucciones genéticas fluyen del núcleo al citoplasma, las vesículas se desplazan a lo largo de la vía secretora, los iones son bombeados a través de las membranas celulares, y mucho más. Para mantener un nivel tan alto de actividad, una célula debe adquirir y gastar energía. El estudio de los diversos tipos de transformaciones energéticas que ocurren en los organismos vivos se conoce como bioenergética.

Las leyes de la termodinámica y el concepto de entropía

Energía se define como la capacidad para realizar trabajo, es decir, la capacidad para cambiar o mover algo. La termodinámica es el estudio de los cambios en la energía que acompañan a los fenómenos del universo. El texto de las páginas siguientes se enfoca en un ...

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