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56 BIOLOGÍA La energía libre total disponible para efectuar trabajo útil se calcula con la ecuación El cambio del contenido calórico ΔΗ, medido por calorimetría, es de -673 kcal por mol de glucosa. En condiciones estándar, el término TAS es igual a 13 kcal. Entonces El cambio de energía libre depende por igual del cambio de calor y del cambio de entropía. Nótese que el cambio en entropía es sustraído del cambio en calor. Por tanto, en esta reacción el cambio en entropía aumenta la liberación de calor. 5.3 METABOLISMO CELULAR En esencia, la vida implica orden y organización en un universo que parece estar regido por la tendencia al desorden. Las reacciones que caracterizan el metabolismo mantienen el orden aportando energía y materias primas para la lucha contra el desorden. La combustión celular de sustancias energéticas, como los carbohidratos, las grasas y hasta las proteínas, libera la energía potencial almacenada en esas moléculas al romper sus enlaces químicos. Dicha energía se almacena en moléculas de ATP, las cuales son degradadas a su vez por la célula, que utiliza la energía que se desprende de ellas para realizar actividades como la locomoción, la reproducción y la síntesis. Puesto que la liberación instantánea de una gran cantidad de energía podría dañar a la célula, la degradación de las moléculas combustibles es controlada y ocurre mediante una serie de pasos coordinados denominada vía metabólica. VÍAS ANAERÓBICAS La primera fase de la degradación de un combustible celular ordinario como la glucosa se debe a una vía metabólica llamada glucólisis (también conocida como vía de Embden-Meyertiof en honor de sus descubridores). Un hecho interesante es que en la glucólísis no hay intervención de oxígeno molecular. Por tanto, se trata de un proceso anaeróbico que quizá satisfizo las necesidades de las células mucho antes de que la atmósfera terrestre tuviera oxígeno molecular. Glucólisis y fermentación se refieren básicamente al mismo proceso, aunque sus productos finales son distintos. El primer término se aplica generalmente a las células animales, mientras que el segundo se reserva para las reacciones que acontecen dentro de bacterias y levaduras. Aunque la glucólisis consiste en la degradación de glucosa o carbohidratos de ese tipo a ácido pirúvico, no debe olvidarse que también otro tipo de moléculas pueden "conectarse" con este proceso en diversos puntos clave. En la figura 5.1 se presentan los detalles de la glucólisis. L os cuatro principales fenómenos que caracterizan a la glucólísis son: 1. Fosforilación preliminar; se consumen dos moléculas de ATP 2. Rompimiento de la molécula 3. Oxidación y formación de un enlace fosfatídico de alta energía; se producen NADH y ATP 4. Reordenamiento molecular para la formación de un enlace fosfatídico de alta energía; se ge nera otro ATP 1. Fosforilación preliminar: el paso inicial de la glucóli sis es la degradación de ATP, a la molécula menos energética ADP, durante la formación de glucosa-efosfato. Esto puede verse como una inversión de ATP por parte de la célula, la cual obtendrá una ma yor cantidad de ATP en una fase posterior. Ocurre otra inversión de ATP en la formación de fructosa1,6-difosfato. 2. Rompimiento de la molécula: La hexosa doblemen te fosforilada (es decir, la fructosa-1,6-difosfato) se rompe y de ese modo se forman dos triosas: fosfogliceraldehído (PGAL, del inglés phosphoglyceraldehyde) y fosfato de dihidroxiacetona (DHAP, del inglés dihydroxyacetone phosphate). Nótese que el DHAP puede convertirse en PGAL, de modo que los pro ductos de las reacciones subsecuentes se duplican. 3. Oxidación y formación de un enlace fosfatídico de al ta energía: Luego, el PGAL sufre oxidación (sin parti cipación de oxígeno molecular) a ácido 1,3-difosfogltcérico* y, durante ese proceso, se reali zan dos cambios importantes: 1) un par de electrones y de iones de hidrógeno pasan a la coenzima NAD+ para generar NADH, más energético, y 2) se toma fosfato inorgánico (Pi) del citoplasma para formar un segundo enlace fosfatídico que produzca un ATP pa ra la célula en la siguiente reacción. 4. Reordenamiento molecular para la formación de un enlace fosfatídico de alta energía: A partir de los reordenamientos moleculares internos que se pre- * En muchas publicaciones se utiliza el término glicerato en vez de ácido glicérico; esto se debe a que, en condiciones celulares, lo más probable es que el ácido libre exista como su sal.