Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Metabolismo y Bioenergética


El metabolismo es una serie de reacciones químicas que mantienen la vida en los organismos. Se compone de dos categorías principales: el catabolismo, que descompone moléculas para producir energía, y el anabolismo, que construye moléculas a partir de unidades más pequeñas y consume energía. Estos procesos permiten a los organismos crecer, reproducirse, mantener sus estructuras y responder a sus entornos.

La bioenergética se refiere al estudio de las transformaciones de energía en los organismos vivos y los mecanismos de estas transformaciones. Es un aspecto clave para entender cómo las células producen y gestionan la energía, lo cual es vital para todas las actividades biológicas.

Conceptos básicos del metabolismo

Antes de profundizar, entendamos dos términos esenciales: enzima y sustrato. Las enzimas son proteínas que catalizan reacciones químicas sin consumirse en el proceso. El sustrato es la sustancia sobre la que actúa la enzima.

Reacciones químicas en el metabolismo

Las rutas metabólicas son secuencias de reacciones químicas, cada una de las cuales es catalizada por una enzima específica. Por ejemplo, la reacción general para la descomposición de la glucosa en la respiración celular es:

C 6 H 12 O 6 + 6O 2 → 6CO 2 + 6H 2 O + energía

Esta ecuación muestra el proceso catabólico de descomposición de la glucosa en dióxido de carbono y agua, liberando energía en forma de ATP, que es adenosina trifosfato, la moneda de energía de la célula.

Anabolismo

El anabolismo implica la síntesis de moléculas complejas como proteínas, ácidos nucleicos y carbohidratos a partir de moléculas más simples. Estas reacciones requieren energía, que a menudo es proporcionada por el ATP. Un ejemplo de una reacción anabólica es la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos:

Aminoácidos → Proteínas

Bioenergética en el Metabolismo

La bioenergética nos ayuda a entender cómo fluye la energía a través de los sistemas vivos. Las transformaciones de energía biológica suelen involucrar moléculas como ATP, NADH y FADH 2. Así es como estas moléculas se comportan en los procesos metabólicos:

ATP: Moneda de energía

El ATP almacena energía en sus enlaces de fosfato de alta energía. Cuando una célula necesita energía, el ATP a menudo se convierte en adenosina difosfato (ADP) y un fosfato inorgánico, liberando energía en el proceso:

ATP → ADP + Pi + energía

Esta liberación de energía impulsa una variedad de procesos celulares, incluyendo la contracción muscular, la transmisión de impulsos nerviosos y la síntesis química.

Visualización de la estructura del ATP

adenina Ribosa ejemplar ejemplar ejemplar Estructura del ATP

La molécula de ATP consta de tres partes principales: adenina (una base nitrogenada), ribosa (un azúcar de cinco carbonos) y tres grupos fosfato (representados como pi). La energía del ATP se almacena principalmente en los enlaces entre los grupos fosfato.

Rol de los transportadores de electrones

Los transportadores de electrones como NAD + y FAD tienen roles importantes en la respiración aeróbica y anaeróbica. Estas moléculas pueden aceptar y donar electrones, actuando como intermediarios en las reacciones redox:

NAD + + 2e− + H + ⇌ NADH
FAD + 2e - + 2H + ⇌ FADH 2

Visualización de NADH

N Anuncio H Estructura del NADH

NADH y FADH 2 se utilizan en la cadena de transporte de electrones, que tiene lugar en las mitocondrias de las células eucariotas. Este proceso involucra varias sustancias complejas que transfieren electrones a través de una membrana para impulsar la producción de ATP.

Glucólisis y el Ciclo del Ácido Cítrico

Dos procesos principales en la descomposición de la glucosa, la glucólisis y el ciclo del ácido cítrico, son componentes importantes de la respiración celular. Exploremos estos procesos:

Glucólisis

La glucólisis es el primer paso del metabolismo de la glucosa, que ocurre en el citoplasma. Convierte una molécula de glucosa en dos moléculas de piruvato, resultando en una ganancia neta de dos moléculas de ATP y dos de NADH:

Glucosa + 2NAD + + 2ADP + 2Pi → 2piruvato + 2NADH + 2ATP + 2H 2 O

Ciclo del ácido cítrico

También conocido como ciclo de Krebs o ciclo del TCA, este proceso tiene lugar en las mitocondrias. El piruvato se descarboxila en acetil-CoA, que entra en el ciclo. En cada vuelta del ciclo se producen tres NADH, un FADH 2 y un GTP (o ATP):

Acetil-CoA + 3NAD + + FAD + GDP + Pi → 2CO 2 + 3NADH + FADH 2 + GTP + CoA

Visualización del ciclo del ácido cítrico

Citrato oxaloacetato Isocitrato α-cetoglutarato

Este ciclo garantiza la liberación gradual de la energía química almacenada a través de la oxidación de acetil-CoA. Esta energía aprovechada se utiliza para la síntesis de ATP, completando así la producción de dióxido de carbono a partir de la glucosa original.

Cadena de transporte de electrones

La cadena de transporte de electrones (ETC) es el paso final de la respiración celular, donde los electrones de alta energía del NADH y FADH 2 pasan por el complejo I-IV, convirtiendo finalmente el oxígeno en agua. La energía de los electrones se utiliza para bombear protones a través de la membrana mitocondrial, creando un gradiente de protones:

NADH + H + + 1/ 2O2 + ADP + Pi → NAD + + H2O + ATP

Visualización de la cadena de transporte de electrones

Complejo I Complejo II Complejo III Complejo IV

Los protones fluyen de regreso a la matriz mitocondrial a través de la ATP sintasa, llevando a la síntesis de ATP en un proceso llamado fosforilación oxidativa. Este mecanismo es el más eficiente para la producción de ATP.

Conclusión

A través de estos procesos, el metabolismo y la bioenergética reflejan la compleja coordinación de reacciones bioquímicas que sustentan la vida. Comprender este flujo de energía a través de las rutas metabólicas es crítico para entender la dinámica energética celular y cómo los organismos interactúan con su entorno. Este conocimiento proporciona información importante sobre enfermedades, producción de energía en biocombustibles y muchas otras áreas de investigación científica.


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