enzimas, respiración celular y fotosíntesis Flashcards
(33 cards)
Explique el beneficio que brindan las enzimas al actuar como catalizadores.
Las enzimas al actuar como catalizadores benefician los procesos biológicos ya que aumentan la velocidad de las reacciones químicas necesarias para estos. En las reacciones las enzimas convierten los sustratos en productos y son esenciales ya que sin ellas las reacciones serían demasiado lentas. Representan un beneficio como catalizadores ya que permiten que los procesos vitales se den a la velocidad necesaria y efectiva para la supervivencia del organismo.
Describa la especificidad de las enzimas y su impacto sobre la producción de enzimas en la célula.
La especifidad de las enzimas se refiere a la función puntual de una enzima de catalizar una cierta reacción o un cierto grupo de reacciones. Esta especificidad causa que los organismos vivos deban producir una cantidad amplia de enzimas para poder garantizar la catalización de los procesos biológicos que necesitan. Por esta propiedad las células también tienen el beneficio de poder controlar reacciones metabólicos específicos que les beneficien. Dando así un control sobre su metabolismo, sus actividades y composición química.
Diferencie las reacciones anabólicas y catabólicas y de al menos 2 ejemplos de cada una.
Las reacciones anabólicas son aquellas que vuelven moléculas pequeñas en moléculas más grandes, y para esto necesitan de energía. Un ejemplo de estas es la fotosíntesis, la cual necesita de energía de la luz del sol para poder convertir dióxido de carbono, agua y demás moléculas pequeñas en moléculas más grandes. Otro ejemplo de reacción anabólica también sería la síntesis de proteínas por ribosomas (traducción del ADN). Por otro lado, las reacciones catabólicas son aquellas que convierten moléculas más grandes en moléculas más pequeñas, y a través de esto liberan energía. Dos ejemplos de esta son: La digestión de alimentos en la boca, estómago, intestino delgado. Y la digestión de compuestos de carbono complejos que hacen los descomponedores como los hongos, descomponiendo materia orgánica.
Describa la estructura globular y el sitio activo de las enzimas.
Las enzimas se caracterizan por ser proteínas globulares, tienen una estructura tridimensional específica, y actúan como catalizadores gracias a sus propiedades químicas. Las enzimas tienen sitios activos, estos son lugares específicos donde se pueden unir sustratos para que se catalice una reacción. El sitio activo y el sustrato tiene. Propiedades químicas que coinciden. Esto hace posible que se unan entre sí y que existan la especificidad enzimática. Durante la unión entre el sustrato y el sitio activo este se convierte en productos, los cuales son posteriormente liberados y dejan vacío el lugar en la enzima para catalizar otra reacción.
Los sitios activos además tienen diferentes tamaño, lo cuales se ajustan a los sustratos que se unen a ellos. Las condiciones químicas que modifican a los sustratos para convertirlos en productos son dadas por aminoácidos, unos pocos son esenciales para esto. Normalmente estos aminoácidos no se encuentran el uno al lado del otro dentro de la cadena de polipéptidos que construyen la enzima, sino que estos están unidos a través del plegamiento de polipéptidos. Debido a esto la estructura tridimensional de la enzima es esencial, ya que en caso de que se llegue a afectar una parte de la enzima el lugar del sitio activo puede variar y hacer menos probable que ocurra la catálisis.
Explique la interacción entre el sitio activo de la enzima y el sustrato y los cambios que presentan en su forma.
La catálisis se basa en la interacción entre el sitio activo de la enzima y el sustrato. Esta interacción ocurre de la siguiente manera:
- Un sustrato con dirección de movimiento aleatoria se acerca al sitio activo hasta estar suficientemente cerca de él. Cuando logra esto puede interactuar con este, de esta manera atrae a la molécula del sustrato hacia el sitio activo usando las propiedades químicas de la superficie de la enzima
- Luego el sustrato se une al sitio activo a través de lo que se llama unión por ajuste inducido. Donde la interacción entre la enzima y el sitio activo hacen que estos generen un cambio debido a los alteraciones de los enlaces respecto a sus ángulos y longitudes, cambiando las formas moleculares tridimensionales del sustrato y el sitio activo.
- En caso de que exista un segundo sustrato, este se acercará y unirá a otra parte del sitio activo donde se volverán a producir cambios para permitir la unión por ajuste inducido.
Explique la importancia del movimiento de las moléculas y las colisiones entre el sustrato y el sustrato durante la catálisis enzimática.
Las moléculas de sustrato pueden unirse al sitio activo si se acerca mucho a él, lo cual es producto del movimiento molecular lo cual se conoce como colisión sustrato-sitio activo. En caso de que un líquido este compuesto por sustrato y enzima, gracias al movimiento que se da dentro de los líquidos, estos componentes eventualmente terminar por unirse.
El movimiento molecular se ve influenciado por la cantidad de moléculas que se encuentren dentro del líquido, siendo más rápido entre más moléculas o enzimas se encuentren. Otro factor que influye en este movimiento es la temperatura, pues si esta aumenta también se incrementa el movimiento molecular.
Debido a que las enzimas son fácilmente alteradas, pequeños cambios en el sitio activo conllevan impedimentos en la unión de sustratos o impedir catálisis luego de la unión. Si esto sucede, la enzima no funcionará como catalizador trayendo graves consecuencias como la desnaturalización.
Explique qué es la desnaturalización de las enzimas y sus efectos en la catálisis enzimática.
Como se mencionó, la desnaturalización es un cambio en la estructura de las enzimas que causa la pérdida de su efecto catalizador. Este efecto puede ser provocado por alternaciones en el sitio activo como lo son la temperatura o el nivel del pH. En el caso a de la temperatura, cuando la enzimas se calientan, los enlaces de estas vibran más e incrementan la posibilidad de que terminen por romperse llegando a la desnaturalización.
La temperatura suele variar dependiendo el tipo de enzima, pese a esto entre más se aumente la temperatura cada vez más moléculas se desnaturalizaran y decrecerá significativamente la actividad enzimática. En caso de que todas la moléculas de enzima se desnaturalicen la catálisis se detendrá abruptamente.
Por otro lado, cada enzima cuenta con un pH óptimo en el cual la actividad enzimática se encuentra en su mayor nivel. Cuando el pH es diferente al óptimo la estructura de la enzima se ve afectada, junto con su sitio activo. Esto ocasiona que el sitio activo ya no se unirá a los sustratos y por ende no los convertirá en productos, pasado por completo el pH optimo la enzima se desnaturaliza por completo de manera irreversible.
Explique y dibuje el efecto de la temperatura sobre la tasa de actividad enzimática.
El efecto de la temperatura sobre la tasa de actividad enzimática se observa de dos maneras. En primer lugar porque cuando un líquido aumenta su temperatura aumenta la energía cinética de sus partículas, esto hace que moléculas, enzimas y sustratos se muevan más rápidamente y tengan un mayor chance de chocar para unirse. Debido a esto aumenta la actividad enzimática.
En segundo lugar, en el momento de calentarse, los enlaces de las enzimas aumentan su vibración y esto hace que sean más propensos a romperse. Cuando esto sucede la estructura de la enzima se transforma, y los cambios que se den en el lugar del sitio activo hacen que no se puedan unir sustratos a él. Cuando esto pasa significa que la enzima se desnaturalizó. Mientras más suba la temperatura más enzimas se desnaturalizarán y esto finalmente detendrá la catálisis completamente, bajando en gran medida la actividad enzimática.
Explique y dibuje el efecto del pH sobre la tasa de actividad enzimática.
Las enzimas son muy sensibles a su entorno químico, incluyendo a si su ambiente es alcalino (pH 8 a 14) o ácido (pH 0 a 6). Las diferentes enzimas tienen un rango de pH óptimo para su funcionamiento, por lo que si este se afecta o cambia se produce una alteración en los enlaces iónicos entre los aminoácidos de la enzima. Lo cual como consecuencia transforma la enzima y su estructura, incluyendo su sitio activo, el cual por ende deja de ser capaz de unirse con sustratos. De esta manera la variación del pH puede llevar a una desnaturalización de las enzimas, lo cual reduce la actividad enzimática .
Explique y dibuje el efecto de la concentración del sustrato sobre la tasa de actividad enzimática.
Al aumentar la concentración de moléculas de sustrato, las colisiones entre sustrato y sitio activo se producirán con mayor frecuencia y aumentará la velocidad a la que la enzima cataliza su reacción.
Junto con esto, cuando un sustrato se ha unido a un sitio activo, el sitio activo queda ocupando y no está disponible para otras moléculas de sustrato hasta que se hayan formado y liberado productos. Si aumenta la concentración de sustrato, más sitios activos en cualquier momento, lo que conlleva el bloqueo de una proporción cada vez mayor de colisiones entre sustrato y sitios activos. Esto genera que los aumentos en la velocidad a la que las enzimas catalizan reacciones son cada vez menores mientras aumenta la concentración del sustrato.
Diferencie entre las variables independientes, de control y dependientes que se deben tener en cuenta en un experimento con enzimas.
Cuando se realiza un experimento con enzimas se debe tener en cuenta las siguientes variables:
- Variables independientes: son los factores que están siendo investigados, y por esta razón son variadas intencionalmente para observar sus efectos. Usualmente se utiliza solo una variable independiente con el fin de que los resultados tengan una mayor facilidad de análisis. En experimentos con enzimas su suelen utilizar a la temperatura, al pH, a la concentración de sustrato o a la concentración de enzima como variables independiente.
- Variables de control: Son aquellos factores que deben mantenerse constante durante el experimento para dar cuenta de su veracidad y de su igualdad de condiciones. Estas se deben monitorear constantemente para evitar cambios que puedan afectar los resultados. Cuando se experimenta con enzimas, todos los factores que puedan tener un efecto en la actividad enzimática (excluyendo la variable independiente) deben ser variables controladas.
- Variables dependientes: Son el resultado del experimento, por lo que son la consecuencia del manejo de las variables independientes y las de control. En el caso de estar experimentando con enzimas, el factor que se mide con el fin de calcular la velocidad de reacción sería la variable dependiente. Si se aplica bien e experimento, solamente las variaciones de la variable independiente deberían cambiar la medida de la dependiente. A esta medida se le llama comúnmente actividad enzimática.
Describa cómo se calcula la velocidad de una reacción
La velocidad de una reacción se puede calcular utilizando dos planteamientos:
1. Dejar que una reacción ocurra en un tiempo fijo y basado en este medir la cantidad de sustrato que se usó o de producto que se dio. Este tiempo específico debe ser corto idealmente con el propósito de que la concentración de sustrato se mantenga elevada.
2. Teniendo una cantidad conocida de sustrato inicial se permite que ocurra una reacción hasta que se agote el sustrato y todo se haya formado en productos. Después de esto se mide el tiempo en que se completó la reacción.
Basado en el planteamiento usado, se divide la cantidad de sustrato o de producto resultante por el tiempo que transcurrió.
En el caso de las enzimas se suele utilizar la medida de metros cúbicos para la concentración de sustrato o producto.
Explique y dibuje el efecto de las enzimas sobre la energía de activación.
La energía de activación es aquella que se utiliza en el proceso de transición de los sustratos a productos. Esta es utilizada para quebrantar enlaces de las moléculas del sustrato. Durante este proceso se libera energía a lo largo de la creación de enlaces nuevos y la formación del producto. Una reacción sin enzimas, se da de manera exotérmica debido a que se da una liberación neta de energía. Esta energía liberada se vuelve mayor que la energía de activación necesitada para romper los enlaces y transicional de un sustrato a un producto. Por el contrario, en una reacción catalizada con una enzima se observa que la magnitud neta de energía liberada se permanece igual, sin embargo, la energía de activación es menor. Esta disminuye ya que durante su unión al sitio activo se debilitan los enlaces en el sustrato, por lo que se necesita menos energía para lograr romperlos. Consecuentemente sube la velocidad de la reacción en gran medida, usualmente por un factor de un millón o más.
Describa la estructura del ATP
El ATP es un nucleótido y por lo tanto tiene la estructura de uno. De esta manera, se compone por una base de adenina, una azúcar ribosa de 5 carbonos y finalmente 3 grupos fosfatos. De ahí que sus siglas correspondan a trifosfato de adenosina.
Enumere las propiedades del ATP que le permiten ser la unidad energética de la célula.
- Es soluble en agua, lo cual le permite moverse fácilmente en soluciones acuosas como el citoplasma en la célula.
- Tiene niveles de pH cercanos al valor neutro, similar al citoplasma.
- No puede pasar libremente a través de la capa de fosfolípidos de las membranas de las células. Esto implica que el ATP no puede moverse libremente fuera de la célula, y que su movimiento puede ser controlado.
- El tercer grupo de fosfato del ATP puede ser fácilmente eliminado y añadido a través de reacciones de hidrólisis y condensación.
- La hidrólisis de una molécula de ATP para convertirse en una molécula de ADP libera pequeñas cantidades de energía. Estas son suficientes para llevar a cabo los procesos de la célula de manera eficiente. Si produjeran más energía esta no podría ser utilizada y se convertiría en calor.
Describa los procesos vitales que requieren de ATP
Las células necesitan de ATP en 3 procesos vitales, estos son y consisten en:
- Síntesis de macromoléculas : Las reacciones de condensación utilizadas para unir monómeros durante la formación de polímeros grandes son endotérmicas, por esta razón es muy improbable que se lograran realizar sin la conversión de ATP a ADP. De esta manera, durante el proceso de formación de un polímero, se utilizan una o más moléculas de ATP cada vez que se une un monómero más. Considerando lo anterior, el ATP es crucial durante procesos genéticos como la síntesis de ADN, ARN y de proteínas durante la transcripción, replicación y traducción de ADN.
- Transporte activo: El transporte de partículas en contra del gradiente de concentración a través de la molécula de fosfolípidos requieren de ATP. Ya que la energía que produce se utiliza para el cambio reversibles en la forma de la proteína bomba lo cual permite el paso de partículas por la capa de fosfolípidos.
- Movimiento: El ATP se utiliza para los movimientos de la célula, tanto internos como externos. Las células necesitan mucha energía (ATP) para cambiar de forma, como cuando se dividen o se mueven. Por ejemplo, los fagocitos se desplazan hacia zonas infectadas, y las células musculares se contraen usando filamentos de actina y miosina. Todo este movimiento requiere ATP como fuente de energía.
Explique la trasferencia de energía cuando el ATP se convierte en ADP y cuando se forma ATP a partir de ADP
El ATP se convierte en ADP a través de la ruptura de su último enlace de fosfato por medio de la hidrólisis. Durante este proceso se libera energía que es utilizada por la célula para sus procesos vitales. El ATP tiene más energía potencial química que el ADP, por esta razón se utiliza para generar la energía que la célula requiere. Para algunos casos, la última molécula de fosfato del ATP está unida a una molécula adicional, como una proteína bomba, por lo que al romper el enlace para convertir el ATP en ADP, el fosfato se desprende de la molécula y libera energía que funciona para generar cambios en la otra molécula.
Por otro lado, para formar ATP a partir de ADP se requiere energía, esta se puede obtener de la respiración celular, la fotosíntesis y la quimiosíntesis. Durante estos procesos se libera energía que es
Distinga entre respiración celular e intercambio de gases.
La respiración celular es un proceso metabólico que se da dentro de las células, es este moléculas orgánicas como la glucosa se descomponen para generar energía en forma de moléculas de ATP. Por otro lado, el intercambio de gases es un proceso físico que se da entre organismos y su entorno, en este se intercambian oxígeno y dióxido de carbono a través de superficies respiratorias como pulmones o branquias.
Indique los compuestos que pueden ser utilizado para producir ATP durante la respiración celular
Durante la respiración celular se pueden utilizar glucosa, lípidos y aminoácidos. Principalmente se usan la glucosa y los ácidos grasos, sin embargo en situaciones extremas (como ayuno prolongado) se pueden utilizar los aminoácidos.
Escriba las ecuaciones de la respiración aerobia y anaerobia (humanos, animales, levaduras)
Respiración aerobia en humanos y animales:
Glucosa + oxígeno — pasa el ADP a ATP dióxido de carbono + agua
Respiración anaerobia:
En humanos y animales:
Glucosa — pasa el ADP a ATP lactato
En levaduras:
Glucosa — pasa el ADP a ATP etanol + dióxido de carbono
Contraste la respiración celular aerobia y anaerobia en los seres humanos.
Característica Respiración aerobia Respiración anaerobia
Necesidad de O2 Necesita oxígeno No necesita oxígeno
Eficiencia por ATP producido Altamente eficiente, se producen alrededor de 30 ATP Menos eficiente, se producen 2 ATP
Productos finales Dióxido de carbono y agua Ácido láctico
Localización Mitocondria Citoplasma
Describa los métodos que se pueden utilizar para medir la tasa de respiración celular.
Para medir la tasa de respiración celular se pueden utilizar diferentes variables medibles:
Consumo de oxígeno:
Se utiliza un respirómetro para medir la respiración aerobia, este detecta la cantidad de oxígeno absorbido por un organismo. Para realizar esto, se coloca el organismo que se va a estudiar en un recipiente sellado, a la vez este está conectado a un tubo con una solución alcalina que se encarga de absorber dióxido de carbono producido. A esto está conectado un tubo capilar con líquido que mostrara los cambios de volumen por el oxígeno consumido por el organismo.
Producción de dióxido de carbono:
Es útil para medir tanto la respiración aerobia como la anaerobia. Para medirse de manera directa se pueden utilizar sensores de dióxido de carbono, y para medirse de manera indirecta se pueden observar cambios en el pH de soluciones con indicadores.
Describa cómo se transforma la energía lumínica en química durante la fotosíntesis
Durante la fotosíntesis, la energía lumínica se transforma en energía química, esto sucede mediante dos fases. La primera es la fase luminosa la cual es dependiente de la luz, en esta, la luz es absorbida por los tilacoides en los cloroplastos. La energía absorbida excita a los electrones y permite la fotolisis del agua la cual a su vez permite la formación de ATP y NADPH (moléculas que almacenan energía química). Durante la segunda fase, llamada la fase independiente de la luz, el ATP y el NADPH, previamente producidos, se utilizan para convertir el dióxido de carbono en glucosa mediante una serie de reacciones en el estroma de los cloroplastos de la célula.
Escriba con palabras la ecuación química de la fotosíntesis.
Dióxido de carbono + Agua + Energía lumínica → Glucosa + Oxígeno
