República Bolivariana de Venezuela
Ministerio del Poder Popular para la Educación
U.E.N “Miguel Angel Alvarez”
La Victoria – Edo. Aragua





Introducción
Nuestro cuerpo es un mundo muy complejo, estamos diseñados para vivir. En nuestro sistema nervioso se manejan tantas actividades de las que ni sospecharíamos de no ser por los avances y estudios de la medicina y la biología; cada parte de nuestro cuerpo tiene su función y dentro de ellas, las células controlan y regulan todos estos procesos.
La energía es una necesidad biológica de alta importancia, ya que, toda célula para poder vivir debe producir una cierta cantidad de la misma para su continuo consumo.

En los orígenes de la vida los organismos que nos precedieron tenían una organización molecular muy simple, y por ende sus métodos para producir energía también lo eran. Este trabajo quieredarles a conocer sobre todos estos procesos por los cuales tuvieron que pasar los organismos arcaicos para poder sobrevivir en un ambiente tan cambiante como lo era la Tierra de hace millones de años, logrando mejorar sus capacidades y adaptandose a los cambios hasta lograr su supervivencia total.
A continuación se tratara con los catalizadores celulares, como es el caso de las enzimas, se especificara su función y tipos. Luego pasaremos al ATP, esa fuente de energía celular que interviene en tantos procesos energéticos, y por último hablaremos sobre los seres heterótrofos y autótrofos y su evolución y cambios en la vida primitiva de la Tierra.











¿Qué son las enzimas?
Las enzimas son proteínas presentes en la célula, que cumplen la función de acelerar la velocidad de las reacciones químicas, sin que se detecten variaciones en la masa relativamente pequeña, con que intervienen.

Todo organismo es un sistema químico viviente en el que las sustancias se modifican de continuo. En todas las actividades vitales, las moléculas reaccionan entre si, algunas se forman, mientras otras son destruidas. Son reacciones químicas las que permiten a la célula crecer y reproducirse, producir y suministrar la energía indispensable a otro proceso y cumplir funciones específicas como la contracción y la locomoción

En el laboratorio, las reacciones químicas, que ocurren en las probetas son casi siempre rapidas y completas. A veces para iniciar una reacción se usa la llama; otras veces de las mismas reacciones se desprende color.

Pero, en los organismos, las reacciones químicas deben ocurrir a temperatura y condiciones normales, en el interior de las células. Ademas, debenocurrir simultaneamente muchas reacciones químicas, sin interferir una con otra.

Todas las actividades químicas vitales no podrían tener lugar sin la acción de un grupo de sustancias proteicas dominadas enzimas.

Las sustancias que influyen en la velocidad de ciertas reacciones químicas, en las cuales no ganan ni pierden masa, son llamadas catalizadores. Las enzimas son catalizadores celulares. La constancia de la masa de los catalizadores es la razón por la que se dice que no se combinan con las sustancias reaccionantes.

Acción enzimatica o catalítica

Las reacciones que se efectúan entre las sustancias contenidas en las células son generalmente lentas; por ejemplo, se necesitan varios días para que se complemente la hidrólisis de una pequeña cantidad de almidón a maltosa, mezclando el polisacarido con agua. En el laboratorio, la reacción podría acelerarse y reducirse considerablemente agregando acido y elevando la temperatura de la mezcla al punto de ebullición. Las temperaturas elevadas y las sustancias acidas son dañinas para la célula viva.
Una de las características distintivas de las enzimas es que aceleran las reacciones a bajas temperaturas y sin recurrir a condiciones químicas extremas. La ptialina de la saliva transforma al almidón en azúcar, a la temperatura del cuerpo, en solo unos dos minutos; mientras en el laboratorio serían necesarios mas de quince minutos deebullición en presencia de acido clorhídrico.

La sustancia sobre la cual una enzima reacciona es su sustrato; el almidón, por ejemplo, es el sustrato de la enzima ptialina

Especifidad de la acción enzimatica

Las enzimas poseen otra interesante propiedad: Su acción catalítica es específica. En efecto, cada enzima se comporta como catalizador para un único tipo de reacción: una enzima que “fabrica” las proteínas a partir de los aminoacidos, no catalizara la hidrolisis de la maltosa.

Las enzimas presentan dos tipos de especifidad

1. De acción, cuando interviene en una reacción determinada.
2. De sustrato, cuando actúa sobre una sustancia especifica. En otros casos actúa sobre grupos de enlace

Por eso para cada tipo de reacción hay una sola enzima, cuyo nombre es generalmente indicativo del tipo de reacción química en el que participa y termina con el sufijo “asa”. Una enzima que cataliza la remoción del hidrógeno de un compuesto es una deshidrogenasa; las enzimas que degradan las proteínas son las proteasas; las que hidrolizan las grasas o lípidos, lipasas, etc.

El mencionado sistema “Llave cerradura” explica, justamente, como opera esta especifidad de acción.

Factores que influyen en las reacciones enzimaticas
Consideramos dos factores: temperatura y pH
Las reacciones químicas se aceleran con un aumento de la temperatura; un aumento de alrededor de 10° C duplica la velocidad de la mayor parte de las reacciones. También en las células las reacciones son aceleradas por aumento de temperatura, pero, como las enzimas son proteínas, no les son favorables las altas temperaturas; pues por encima de los 50° C se desnaturalizan. A medida que se eleva latemperatura de la célula, las reacciones ocurren mas rapidamente, pero al acercarse a los 50° C las enzimas son progresivamente inactivadas y no pueden ya catalizar su reacción específica.
Por temperatura óptima se entiende la mas elevada temperatura a la cual las reacciones son aceleradas sin que simultaneamente se verifique la inactividad de la enzima. Temperaturas superiores o inferiores a la temperatura óptima, producen una disminución de la velocidad de la reacción. En el hombre, el optimum de temperatura para la mayor parte de las enzimas celulares esta comprendido entre los 30° C y los 40° C.
La estructura y las reacciones de las proteínas, enzimas incluidas, son influenciadas por la acidez o la alcalinidad (pH) del medio en el cual actúan. Toda enzima opera de manera mas eficaz dentro de un cierto pH, y su actividad disminuye o aumenta según disminuye o aumenta ese valor.
La enzima pepsina que dirige las proteínas, actúa mas eficazmente a un pH que oscile entre 1 y 2 (acido), mientras que la enzima tripsina es inactiva a ese pH, pero actúa eficazmente a un pH igual a 8, ligeramente alcalino.
Enzimas intracelulares y extracelulares
La mayoría de las enzimas son intracelulares desde el momento que catalizan reacciones que se desarrollan en el interior de la célula. Algunas de estas enzimas estan libres en solución, en el fluido citoplasmatico, mientras otras parecen formar parte del sistema de membranas: las enzimas que regulan la síntesis del ATP, por ejemplo, forman parte de las membranas de las mitocondrias.
Algunas enzimas elaboradas en el interior de las células son vertidas al exterior de éstas, para desarrollar su función; las enzimas digestivas son, justamente,enzimas extracelulares. Se producen en las células glandulares, pero son segregadas al tubo digestivo antes de activarse: sólo entonces comenzaran actuar sobre las sustancias alimenticias.
Funciones de las enzimas:
Con todo lo visto anteriormente podemos concluir que las enzimas desempeñan las siguientes funciones
1. Facilitan y aceleran muchas reacciones químicas que realizan los seres vivos, permitiendo así los procesos bioquímicos dentro de los organismos. En estas reacciones las enzimas no se alteran.
2. Descomponen sustancias complejas en sustancias mas simples, lo cual facilita la difusión y el paso de las moléculas a través de las membranas.

3. Las sustancias reaccionantes sobre las cuales actúan las enzimas liberan energía, la cual es aprovechada por el organismo para sus funciones vitales.

¿Qué es el adenosintrifosfato?

El ATP es una fuente energética necesaria para todas las formas de trabajo biológico, como la contracción muscular, la digestión, la transmisión nerviosa, la secreción glandular, la fabricación de nuevos tejidos, la circulación de la sangre, entre otros.

Importancia del adenosintrifosfato (ATP) como transportador y almacenador de energía

Como hemos dicho al comenzar, toda célula para vivir debe producir una cierta cantidad de energía.
La energía es necesaria para sintetizar muchas moléculas, como las proteínas, los acidos nucleicos, los polisacaridos, los fosfolípidos y para absorber muchas sustancias del ambiente externo.
Todas las manifestaciones de la vida implican un continuo consumo de energía.
La energía existe en el mundo bajo muchas formas. Todas estas formas son aprovechadas, de un modo u otro por el hombre.
En cambio lascélulas vivas son capaces de utilizar solamente químicas (exceptuando las células de las plantas verdes y pocas bacterias que logran también la energía luminosa).
Toda sustancia química tiene un cierto contenido energético: podemos, como primera aproximación, considerarlo equivalente a la energía necesaria para romper los enlaces que mantienen unidos todos los atomos de una molécula. No todos los tipos de moléculas tienen el mismo contenido de energía.
Si, por ejemplo, quemamos metano, o sea, lo hacemos reaccionar a alta temperatura con el oxígeno atmosférico según la ecuación:
Obtendremos productos finales (anhídrido carbónico y agua) con contenido energético netamente inferior al de los reactivos (metano y oxígeno). La diferencia de contenido energético se libera durante la reacción bajo forma de luz y calor. Las reacciones que, como ésta, ocurren con liberación de energía se denominan exergónicas.
Existen, ademas, numerosas reacciones que ocurren solamente si a los reactivos se les suministra energía, generalmente bajo forma de calor: éstas son denominadas reacciones endergónicas. En estas reacciones, el contenido energético de los productos es superior a aquel de los reactivos; la diferencia corresponde a la cantidad de energía que es necesario proveer al sistema para que la reacción ocurra.
Composición del ATP
El ATP se produce en las mitocondrias y de allí se difunde a todas las partes de la célula. Su composición química puede cambiar rapidamente de una forma a otra, por absorción o liberación de energía. Examinemos la composición química del ATP y veamos cómo ocurren estas importantes transformaciones.
Esta formado por una sustancia llamada adenina, unida a unamolécula de ribosa; un azúcar de cinco atomos de carbono; estas dos partes de la molécula de ATP constituyen la adenosina. A la adenosina se le unen algunas moléculas mas pequeñas de acido fosfórico, unidas entre si formando una corta cadena. Justamente, el nombre adenosintrifosfato indica que en el ATP esta presentes tres grupos fosfato.
En la formación del ATP, una primera molécula de acido fosfórico se une estrechamente a la adenosina, formando el adenosin-monofosfato, o AMP. Con la unión de una segunda molécula de acido fosfórico, se forma el adenosin-difosfato, o ADP; el enlace que tiene unida esta segunda molécula posee un elevado contenido energético. Con la tercera molécula de acido fosfórico se forma el ATP, también éste con otro enlace de alto contenido energético. Se puede, entonces, representar el ATP con la simple fórmula A-P-P-P, y el ADP con la fórmula A-P-P.
La hipótesis heterótrofa y autótrofa
La hipótesis mas aceptada, actualmente, dice que los primeros seres vivos fueron heterótrofos. Un ser heterótrofo es aquel que no tiene capacidad de sintetizar su propio alimento. Obtiene la materia prima y la energía necesaria para su desarrollo del medio en el que vive. Por el contrario, un ser autótrofo es aquel que tiene capacidad de sintetizar su propio alimento. A partir de sustancias inorganicas y de energía, los autótrofos consiguen producir las moléculas necesarias para su desarrollo.
Los heterótrofos podían haber vivido perfectamente en las condiciones de los mares primitivos, ya que estos mares eran verdaderos caldos nutritivos, ricos en materia organica.
La hipótesis que afirmaba que los primeros seres vivos eran autótrofos fue abandonada, pues para sintetizarmoléculas organicas, estos seres tenían que tener un alto grado de organización molecular. Es mucho mas razonable pensar que los primeros seres vivos eran muy simples, como los heterótrofos.
Nadie sabe exactamente cuando apareció la vida por primera vez sobre la Tierra. No podríamos esperar que las primeras formas de vida hubiesen dejado restos fósiles. Sin embargo, se han hallado fósiles que semejan algas en rocas de mas de 3.000 millones de años. Esto todavía deja un margen de, por lo menos, 2.000 millones de años para que durante ellos pudiera haber surgido la vida sobre la Tierra. Tal número de años proporciona tiempo suficiente para que hubieran podido tener lugar comienzos erróneos en la producción al azar del primer organismo viviente.
La nutrición no era un problema para la primera forma de vida. Rodeada por el mismo “caldo” rico en moléculas organicas, a partir de las cuales surgió, tendría solamente que utilizar éstas moléculas para abastecer las necesidades de energía y de materiales para el crecimiento y la reproducción. Se supone que los primeros organismos vivos obtenían la energía requerida a partir de estas moléculas organicas y a través del proceso de fermentación. Probablemente, la vida no hubiera podido originarse en la Tierra si hubiese estado presente el oxígeno en la atmósfera primitiva, y ahora se sabe, en base a muchas evidencias que, efectivamente, no existía oxígeno en aquella atmósfera.
Origen de los seres autótrofos
La fermentación no podía ser indefinidamente el único método de obtener energía los organismos arcaicos, puesto que, cualquiera que haya sido la cantidad de moléculas organicas disponibles, algún día se terminarían. Para que la vidacontinuara, se requería que algunos organismos desarrollaran un método que permitiese sintetizar nuevas moléculas organicas a partir de sustancias inorganicas, presentes en el ambiente. Esta síntesis requería energía, la cual probablemente provenía del sol. La aparición de los organismos fotosintetizadores no solamente consolidó una fuente notable de moléculas organicas para hacer frente a las necesidades de la vida, sino que, finalmente, se convirtió también en fuente de oxígeno.
Microorganismos de este tipo, todavía viven sobre la superficie del lodo del océano, y sintetizan compuestos organicos a partir de CO2 y H2S, valiéndose de la energía solar:


El H2S (sulfuro de hidrógeno) es un producto normal de la actividad volcanica. El pigmento que en estas bacterias absorbe la luz se parece a la clorofila de las plantas, aunque no es idéntica. En la oscuridad, obtienen energía mediante la fermentación de moléculas organicas. En efecto, estos organismos no pueden vivir en presencia de oxígeno, por lo cual habrían podido sobrevivir en la atmósfera primitiva de la tierra.
A partir de las bacterias primitivas, capaces de efectuar fotosíntesis mediante utilización del H2S, probablemente surgieron formas fotosintetizadoras, mediante utilización del agua como fuente de hidrógeno, requerido en la reducción del dióxido de carbono a carbohidrato:



Gracias a la actividad fotosintetizadora de estos organismos, se habría liberado oxígeno. La acumulación de oxígeno en la atmósfera allanó el camino para la aparición de aquellos organismos que cubren sus necesidades de energía, mediante el proceso mucho mas eficiente de la respiración celular.
En esencia, la respiración es el proceso inverso ycomplementario de la fotosíntesis.



Conclusión
Nuestro planeta, según los calculos de los especialistas, se formó hace 4.500 millones de años. La vida apareció sobre nuestro planeta hace 2.000 millones de años, cuando las sustancias químicas presentes en la atmósfera primitiva reaccionaron hasta convertirse compuestos organicos cada vez mas complejos. Así surgieron los compuestos proteicos, que por múltiples reacciones se convirtieron en estructuras precelulares.
A partir de esas estructuras precelulares se originaron los primeros seres vivos heterótrofos capaces de obtener energía del ambiente por procesos de fermentación. Posteriormente, con la acción de la clorofila, surgieron los seres autótrofos capaces de realizar fotosíntesis. La respiración surge entonces, como consecuencia de la acumulación de oxígeno en la atmósfera, proveniente de la fotosíntesis. Este proceso posibilita la vida en la superficie de la tierra generando cambios evolutivos en las especies arcaicas.
En todos estos procesos químicos que permitieron el desarrollo de la vida y su conservación, el ATP y las enzimas juegan el importante papel de hacerlos posibles logrando adaptarse a los cambios que les exigía la vida en la Tierra de hace millones de años.












Bibliografía
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Mazparrote, Serafín: Biología. Editorial Biósfera. Caracas (Venezuela). 192 Paginas. (1999)
Montoya, M.: Biología [blog]. [Consulta: 28 de Octubre de 2013]. Disponible en: https://mariaenithmontoya.blogspot.com/2009/03/trifosfato-de-adenosina-atp.html (2009)