Información

2.2: Energía - Biología

2.2: Energía - Biología


We are searching data for your request:

Forums and discussions:
Manuals and reference books:
Data from registers:
Wait the end of the search in all databases.
Upon completion, a link will appear to access the found materials.

Prácticamente todas las tareas realizadas por los organismos vivos requieren energía. Por ejemplo, se requiere energía para la síntesis y descomposición de moléculas, así como para el transporte de moléculas dentro y fuera de las células. Además, procesos como la ingestión y descomposición de alimentos, la exportación de desechos y toxinas y el movimiento de la célula requieren energía.

Los científicos usan el término bioenergética describir el concepto de flujo de energía a través de sistemas vivos, como las células. Los procesos celulares como la construcción y descomposición de moléculas complejas ocurren a través de reacciones químicas escalonadas. Algunas de estas reacciones químicas son espontáneas y liberan energía, mientras que otras requieren energía para continuar. En conjunto, todas las reacciones químicas que tienen lugar dentro de las células, incluidas las que consumen o generan energía, se denominan reacciones celulares. metabolismo.

¿De dónde y de qué forma proviene esta energía? ¿Cómo obtienen energía las células vivas y cómo la utilizan? Esta sección discutirá diferentes formas de energía y las leyes físicas que gobiernan la transferencia de energía.

Energía

Termodinámica se refiere al estudio de la energía y la transferencia de energía que involucra materia física. La materia relevante para un caso particular de transferencia de energía se llama sistema, y ​​todo lo que está fuera de esa materia se llama entorno. Por ejemplo, al calentar una olla de agua en la estufa, el sistema incluye la estufa, la olla y el agua. La energía se transfiere dentro del sistema (entre la estufa, la olla y el agua). Hay dos tipos de sistemas: abiertos y cerrados. En un sistema abierto, la energía se puede intercambiar con su entorno. El sistema de la estufa está abierto porque se puede perder calor en el aire. A sistema cerrado no puede intercambiar energía con su entorno.

Los organismos biológicos son sistemas abiertos. La energía se intercambia entre ellos y su entorno a medida que utilizan la energía del sol para realizar la fotosíntesis o consumen moléculas que almacenan energía y liberan energía al medio ambiente haciendo trabajo y liberando calor. Como todas las cosas en el mundo físico, la energía está sujeta a leyes físicas. Las leyes de la termodinámica gobiernan la transferencia de energía en y entre todos los sistemas del universo. En general, energía se define como la capacidad de realizar un trabajo o de generar algún tipo de cambio. La energía existe en diferentes formas: energía eléctrica, energía luminosa, energía mecánica y energía térmica son todos tipos diferentes de energía. Para apreciar la forma en que la energía entra y sale de los sistemas biológicos, es importante comprender dos de las leyes físicas que gobiernan la energía.

los primera ley de la termodinámica establece que la cantidad total de energía en el universo es constante y se conserva. En otras palabras, siempre ha habido, y siempre habrá, exactamente la misma cantidad de energía en el universo. La energía existe en muchas formas diferentes. Según la primera ley de la termodinámica, la energía puede transferirse de un lugar a otro o transformarse en diferentes formas, pero no puede crearse ni destruirse. Las transferencias y transformaciones de energía ocurren a nuestro alrededor todo el tiempo. Las bombillas transforman la energía eléctrica en luz y energía térmica. Las estufas de gas transforman la energía química del gas natural en energía térmica. Las plantas realizan una de las transformaciones de energía más útiles biológicamente en la tierra: la de convertir la energía de la luz solar en energía química almacenada dentro de moléculas orgánicas (Figura ( PageIndex {2} ) a continuación).

El desafío para todos los organismos vivos es obtener energía de su entorno en formas que sean utilizables para realizar el trabajo celular. Las células han evolucionado para hacer frente a este desafío. La energía química almacenada dentro de moléculas orgánicas como azúcares y grasas se transfiere y transforma a través de una serie de reacciones químicas celulares en energía dentro de moléculas de ATP (trifosfato de adenosina). La energía en las moléculas de ATP es fácilmente accesible para realizar el trabajo. Ejemplos de los tipos de trabajo que las células deben realizar incluyen construir moléculas complejas, transportar materiales, impulsar el movimiento de los cilios o flagelos y contraer los músculos para crear movimiento.

Las tareas principales de una célula viva de obtener, transformar y usar energía para realizar un trabajo pueden parecer simples. sin embargo, el segunda ley de la termodinámica explica por qué estas tareas son más difíciles de lo que parecen. Todas las transferencias y transformaciones de energía nunca son completamente eficientes. En cada transferencia de energía, se pierde cierta cantidad de energía en una forma inutilizable. En la mayoría de los casos, esta forma es energía térmica.

Termodinámicamente, energía térmica se define como la energía transferida de un sistema a otro que no funciona. Por ejemplo, cuando se enciende una bombilla, parte de la energía que se convierte de energía eléctrica en energía luminosa se pierde en forma de energía térmica. Asimismo, se pierde algo de energía como energía térmica durante las reacciones metabólicas celulares.

Un concepto importante en los sistemas físicos es el de orden y desorden. Cuanta más energía pierde un sistema en su entorno, menos ordenado y más aleatorio es el sistema. Los científicos se refieren a la medida de aleatoriedad o desorden dentro de un sistema como entropía. Alta entropía significa alto desorden y poca energía. Las moléculas y las reacciones químicas también tienen una entropía variable. Por ejemplo, la entropía aumenta a medida que las moléculas en una alta concentración en un lugar se difunden y se esparcen. La segunda ley de la termodinámica dice que la energía siempre se perderá como calor en las transferencias o transformaciones de energía. Los seres vivos están muy ordenados y requieren un aporte de energía constante para mantenerse en un estado de baja entropía.

Energía potencial y cinética

Cuando un objeto está en movimiento, hay energía asociada con ese objeto. Piense en una bola de demolición. Incluso una bola de demolición de movimiento lento puede causar mucho daño a otros objetos. La energía asociada con los objetos en movimiento se llama energía cinética. Una bala acelerada, una persona que camina y el rápido movimiento de las moléculas en el aire tienen energía cinética. Ahora, ¿qué pasa si esa misma bola de demolición inmóvil se levanta dos pisos por encima del suelo con una grúa? Si la bola de demolición suspendida no se mueve, ¿hay energía asociada con ella? La respuesta es sí. La energía que se requería para levantar la bola de demolición no desapareció, pero ahora se almacena en la bola de demolición en virtud de su posición y la fuerza de gravedad que actúa sobre ella. Este tipo de energía se llama energía potencial (Figura ( PageIndex {3} ) a continuación). Si la pelota cayera, la energía potencial se transformaría en energía cinética hasta que toda la energía potencial se agotara cuando la pelota descansara en el suelo. Las bolas de demolición también se balancean como un péndulo; a través del swing, hay un cambio constante de energía potencial (más alta en la parte superior del swing) a energía cinética (más alta en la parte inferior del swing). Otros ejemplos de energía potencial incluyen la energía del agua retenida detrás de una presa o una persona a punto de saltar en paracaídas desde un avión.

La energía potencial no solo está asociada con la ubicación de la materia, sino también con la estructura de la materia. Incluso un resorte en el suelo tiene energía potencial si está comprimido; también lo hace una banda elástica que se tensa. A nivel molecular, los enlaces que mantienen unidos los átomos de las moléculas existen en una estructura particular que tiene energía potencial. El hecho de que la energía pueda ser liberada por la ruptura de ciertos enlaces químicos implica que esos enlaces tienen energía potencial. De hecho, hay energía potencial almacenada dentro de los enlaces de todas las moléculas de alimentos que comemos, que se aprovecha para su uso. El tipo de energía potencial que existe dentro de los enlaces químicos, y se libera cuando esos enlaces se rompen, se llama energía química. La energía química es responsable de proporcionar a las células vivas la energía de los alimentos. La liberación de energía ocurre cuando se rompen los enlaces moleculares dentro de las moléculas de los alimentos.


CH 2-1,2-2 Energía

Utilice estas tarjetas didácticas para ayudar a memorizar información. Mire la tarjeta grande e intente recordar lo que hay en el otro lado. Luego haga clic en la tarjeta para darle la vuelta. Si conocía la respuesta, haga clic en el cuadro verde Conocer. De lo contrario, haga clic en el cuadro rojo No lo sé.

Cuando haya colocado siete o más tarjetas en el cuadro No sé, haga clic en "reintentar" para probar esas tarjetas nuevamente.

Si colocó accidentalmente la tarjeta en la caja incorrecta, simplemente haga clic en la tarjeta para sacarla de la caja.

También puede usar su teclado para mover las tarjetas de la siguiente manera:

  • BARRA ESPACIADORA - voltea la carta actual
  • FLECHA IZQUIERDA: mueve la carta a la pila de No sé
  • FLECHA DERECHA: mueve la carta a la pila de conocimientos
  • RETROCESO: deshace la acción anterior

Si ha iniciado sesión en su cuenta, este sitio web recordará las tarjetas que conoce y las que no para que estén en la misma casilla la próxima vez que inicie sesión.

Cuando necesite un descanso, pruebe una de las otras actividades enumeradas debajo de las flashcards como Matching, Snowman o Hungry Bug. Aunque puede parecer que estás jugando, tu cerebro todavía está haciendo más conexiones con la información para ayudarte.


Todos los seres vivos son capaces de mantener un entorno interno más o menos constante. Independientemente de las condiciones a su alrededor, pueden mantener las cosas relativamente estables en el interior. La condición en la que un sistema se mantiene en un estado más o menos estable se llama homeostasis . Los seres humanos, por ejemplo, mantienen una temperatura corporal interna estable. Si sale cuando la temperatura del aire está por debajo del punto de congelación, su cuerpo no se congelará. En cambio, al temblar y otros medios, mantiene una temperatura interna estable.

Figura 2.2.2 Homeostasis de la temperatura corporal.


2.2) Niveles de organización

La mayoría de las células, cuando terminan de dividirse y crecer, se especializan.

  • Hacen un trabajo en particular
  • Desarrollan una forma distinta
  • En su citoplasma tienen lugar tipos especiales de cambios químicos.

"División del trabajo": la especialización de las células para llevar a cabo funciones particulares en un organismo.

Células del mesófilo en empalizada y fotosíntesis # 8211

Células nerviosas y conducción de impulsos.

Espermatozoides y óvulos & # 8211 reproducción

Tejido es un grupo de células con estructuras similares, que trabajan juntas para realizar una función compartida.

P.ej. Hueso, nervio, músculo, epidermis, xilema

Organo es una estructura formada por un grupo de tejidos que trabajan juntos para realizar una función específica.

P.ej. Estómago, corazón, pulmones, intestinos, cerebro, ojos.

Sistema de órganos es un grupo de órganos con funciones relacionadas, que trabajan juntos para realizar una función corporal.


Actividad física: efectos beneficiosos

Glosario

El costo energético total de mantener condiciones constantes en el cuerpo más el costo energético de las actividades físicas.

Actividad física regular, planificada y estructurada con el objetivo de mejorar o mantener uno o más aspectos de la forma física.

Un estado de completo bienestar físico, mental y social y no simplemente la ausencia de enfermedad o dolencia.

Cualquier movimiento corporal producido por los músculos esqueléticos que resulte en un gasto energético.

Una medida de la capacidad del cuerpo para hacer frente a la actividad física o al ejercicio.


Estructura de los carbohidratos

Monosacáridos
Todos los carbohidratos se forman a partir de los elementos carbono (C), hidrógeno (H) y oxígeno (O). La fórmula de un carbohidrato es siempre (CH2O)norte. La n representa el número de veces que el CH básico2O unidad se repite, p. donde n = 6 la fórmula molecular es C6H12O6. Esta es la fórmula que comparten la glucosa y otros azúcares simples como la fructosa. Estos azúcares simples se conocen como monosacáridos.

La fórmula molecular, C6H12O6, no indica cómo se unen los átomos. Unido a los átomos de carbono hay varios grupos -H y -OH. Las diferentes posiciones de estos grupos en la cadena de carbono son responsables de las diferentes propiedades de las moléculas. Las fórmulas estructurales de la glucosa α y β se muestran a continuación.

La glucosa es tan pequeña que puede pasar a través de las vellosidades y los capilares al torrente sanguíneo. Posteriormente, las moléculas liberan energía como resultado de la respiración. Las moléculas de glucosa simples son capaces de mucho más. Pueden combinarse con otros para formar moléculas más grandes.

Disacáridos
Cada unidad de glucosa se conoce como monómero y es capaz de vincular a otros. Este diagrama muestra dos moléculas de glucosa β formando un disacárido.

En sus exámenes, busque la administración de diferentes monosacáridos, como fructosa o α glucosa. Se le puede pedir que muestre cómo se unen. El principio será exactamente el mismo.

A condensación reacción significa que cuando dos moléculas de carbohidratos se unen, se produce una molécula de agua. El vínculo formado entre las dos moléculas de glucosa se conoce como enlace glucosídico.

También se puede romper un enlace glicosídico para liberar unidades monoméricas separadas. Esta es la reacción opuesta a la que se muestra arriba. En lugar de que se desprenda agua, se necesita una molécula de agua para romper cada enlace glicosídico. Se llama hidrólisis porque se necesita agua para dividir la molécula más grande.

Polisacáridos
Al igual que los disacáridos, consisten en unidades monoméricas unidas por el enlace glicosídico. Sin embargo, en lugar de solo dos unidades de monómero, pueden tener muchas. Las cadenas de estas unidades de "azúcar" se conocen como polímeros. Estas moléculas más grandes tienen importantes funciones estructurales y de almacenamiento.

El almidón es un polímero del azúcar, glucosa. El siguiente diagrama muestra parte de una molécula de almidón.

La tabla clasifica los carbohidratos.

¿Qué tan útiles son los polisacáridos?

  • Almidón se almacena en organismos como una futura fuente de energía, p. ej. La papa tiene un alto contenido de almidón para proporcionar energía para que los cogollos crezcan en una etapa posterior.
  • Glucógeno se almacena en el hígado, que libera glucosa para obtener energía en épocas de niveles bajos de azúcar en sangre.

Tanto el almidón como el glucógeno son insolubles, lo que les permite permanecer dentro de las células.

  • Celulosa tiene largas cadenas y ramas que ayudan a formar una capa protectora resistente alrededor de las células vegetales, la pared celular.
  • Pectinas se utilizan junto con la celulosa en la pared celular. Son polisacáridos que están unidos por pectato de calcio. Las pectinas ayudan a las células a unirse.

Juntas, la celulosa y las pectinas proporcionan una resistencia mecánica excepcional. La pared celular también es permeable a una amplia gama de sustancias.


2.2.U2) Los enlaces de hidrógeno y la dipolaridad explican las propiedades cohesivas, adhesivas, térmicas y solventes del agua.

Propiedad Explicación en términos de enlaces de hidrógeno y dipolaridad. Ejemplo de beneficio para los organismos vivos
Cohesión La capacidad de moléculas similares para unir el agua es fuertemente cohesiva debido a los numerosos enlaces de hidrógeno que se forman entre ellas (disposición tetraédrica). Tensión superficial : Enlaces de hidrógeno cohesivos que resisten el objeto que intenta penetrar la superficie. Permite que los organismos, como los patinadores de estanques, se muevan por la superficie del agua.
Adhesión La capacidad de moléculas diferentes de pegarse entre sí. La dipolaridad de las moléculas de agua hace que se peguen a superficies que son polares y, por lo tanto, hidrófilas. Acción capilar : Las fuerzas adhesivas entre el agua y la celulosa (en los vasos del xilema) permiten que el agua sea transportada por los tallos de las plantas a través de la corriente de transpiración.
Térmico Debido al extenso enlace de hidrógeno entre las moléculas de agua, los enlaces de hidrógeno deben romperse antes de que puedan cambiar de estado, lo que requiere la absorción de una energía significativa (calor). Por tanto, el agua tiene altos puntos de fusión y ebullición y una alta capacidad calorífica específica. Las propiedades térmicas del agua hacen que sea líquida en la mayoría de los hábitats de la Tierra, lo que la hace adecuada para los organismos vivos. La alta capacidad calorífica específica hace que su temperatura cambie de forma relativamente lenta, lo que lo convierte en un hábitat estable.
Solvente Muchas sustancias se disuelven en agua debido a su polaridad, incluidas las compuestas por iones o moléculas polares. Las reacciones metabólicas casi siempre ocurren en el agua, ya que el agua en las células disuelve los reactivos / sustratos.


La química de la respiración celular

A continuación se muestra la ecuación química para la respiración celular con símbolos para los reactivos y productos de la reacción.
Rotula el diagrama de abajo y coloréalo.

/> Glucosa (violeta) /> Oxígeno (rojo) /> ATP (naranja)
/> Dióxido de carbono (verde) /> Agua (azul)

8. Los productos son lo que se crea durante una reacción. ¿Cuáles son los tres productos de la respiración celular?

9. Los reactivos son lo que entra en la reacción, ¿cuáles son los dos reactivos necesarios para que se produzca la respiración?

10. ¿Qué pasaría si no hubiera oxígeno disponible?

11. Consulte sus notas o libro de texto para escribir la ecuación para FOTOSÍNTESIS.

12. ¿En qué se parecen la fotosíntesis y la respiración celular?

/> Este trabajo está sujeto a una licencia internacional Creative Commons Reconocimiento-No comercial-Compartir igual 4.0.


Evaluación de Ciencias

Los elementos de evaluación en este sitio web son el resultado de más de una década de investigación y desarrollo del Proyecto 2061, una iniciativa de reforma de la educación científica a largo plazo de la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia.

Aquí encontrará acceso gratuito a más de 1000 artículos. Los artículos:

  • Son apropiados para estudiantes de primaria, secundaria y preparatoria.
  • Evaluar la comprensión de los estudiantes en las ciencias de la tierra, la vida y físicas, y la naturaleza de la ciencia.
  • Pruebe los conceptos erróneos comunes, así como las ideas correctas.

Este sitio web también incluye:

  • Datos sobre qué tan bien se están desempeñando los estudiantes de EE. UU. En ciencias y dónde tienen dificultades, desglosados ​​por género, estado de aprendizaje del idioma inglés y si los estudiantes están en la escuela intermedia o secundaria.
  • & ldquoMy Item Bank & rdquo, una función que le permite seleccionar, guardar e imprimir elementos y claves de respuesta (requiere registro en el sitio).
  • Una función que le permite crear y realizar pruebas en línea utilizando elementos de la colección de elementos (requiere registro en el sitio).
  • Resultados de dos proyectos especiales, uno sobre energía (ASPECt) y otro sobre evolución.

Destinados principalmente a los maestros, estos elementos y recursos de evaluación también serán útiles para los investigadores en educación, los desarrolladores de pruebas y cualquier persona que esté interesada en el desempeño de los estudiantes de secundaria y preparatoria en ciencias.

Vea ideas clave, elementos y conceptos erróneos para el proyecto original y dos proyectos especiales navegando por los temas.


¿Cuándo libera energía la ruptura de los enlaces químicos?

La ruptura de enlaces químicos nunca libera energía al ambiente externo. La energía solo se libera cuando los enlaces químicos están formado. En general, una reacción química implica dos pasos: 1) se rompen los enlaces químicos originales entre los átomos y 2) se forman nuevos enlaces. Estos dos pasos a veces se agrupan en un solo evento por simplicidad, pero en realidad son dos eventos separados. Por ejemplo, cuando quema metano (gas natural) en su estufa, el metano reacciona con el oxígeno para formar dióxido de carbono y agua. Los químicos a menudo escriben esto como:

Esta ecuación química balanceada resume la reacción química involucrada en la quema de metano. Los reactivos están a la izquierda, los productos a la derecha y la flecha representa el momento en que ocurre la reacción. Pero están sucediendo muchas cosas interesantes que se esconden detrás de esa flecha. Una ecuación más detallada se vería así:

La primera línea de la ecuación contiene los reactivos originales: moléculas de metano y moléculas de oxígeno. La primera flecha representa la ruptura de los enlaces, lo que requiere energía. En la línea media están los átomos, ahora separados de las moléculas y libres para reaccionar. La segunda flecha representa la formación de nuevos enlaces. En la última línea están los productos finales. Se necesita un poco de energía, como la chispa del encendedor de la estufa, para que comience la reacción. Esto se debe a que los enlaces deben romperse antes de que los átomos puedan formarse en nuevos enlaces, y siempre se necesita energía para romperlos. Una vez que la reacción ha comenzado, la energía de salida de una molécula de metano quemada se convierte en la energía de entrada para la siguiente molécula. Parte de la energía liberada por cada enlace que se forma al producir dióxido de carbono y agua se utiliza para romper más enlaces en las moléculas de metano y oxígeno. De esta manera, la reacción se vuelve autosostenida (siempre que se sigan suministrando metano y oxígeno). El encendedor se puede apagar. Si romper las uniones no requiriera energía, entonces los combustibles no necesitarían un dispositivo de encendido para comenzar a arder. Simplemente comenzarían a arder por sí mismos. La presencia de bujías en su automóvil atestigua el hecho de que romper los enlaces químicos requiere energía. (Tenga en cuenta que la combustión del metano en realidad implica muchos pasos más pequeños, por lo que la ecuación anterior podría ampliarse con aún más detalle).

El libro de texto Advanced Biology de Michael Roberts, Michael Jonathan Reiss y Grace Monger dice:

Los biólogos a menudo hablan de la disponibilidad de energía mediante la descomposición del azúcar, lo que implica que la ruptura de los enlaces químicos en las moléculas de azúcar libera energía. Y, sin embargo, en química aprendemos que se libera energía, no cuando se liberan enlaces químicos. roto, pero cuando son formado. De hecho, la respiración proporciona energía, no por la rotura de enlaces en el sustrato, sino por la formación de enlaces fuertes en los productos. Sin embargo, el resultado general del proceso es producir energía, y es en este sentido que los biólogos hablan de la descomposición del azúcar que da energía.

La entrada o salida de energía total de una reacción es igual a la energía liberada al formar nuevos enlaces menos la energía utilizada para romper los enlaces originales. Si se necesita más energía para romper los enlaces originales que se libera cuando se forman los nuevos enlaces, entonces la energía neta de la reacción es negativa. Esto significa que se debe bombear energía al sistema para mantener la reacción. Estas reacciones se conocen como endotérmicas. Si si toma menos energía para romper los enlaces originales que se libera cuando se forman nuevos enlaces, entonces la energía neta de la reacción es positiva. Este hecho significa que la energía fluirá fuera del sistema a medida que avanza la reacción. Este hecho también significa que la reacción puede continuar por sí sola sin ninguna energía externa una vez iniciada. Estas reacciones se conocen como exotérmicas. (Las reacciones endotérmicas también pueden desarrollarse por sí solas si hay suficiente energía externa en forma de calor ambiental para ser absorbida). Las reacciones exotérmicas tienden a calentar el ambiente circundante mientras que las reacciones endotérmicas tienden a enfriarlo. La quema de combustibles es exotérmica porque hay una liberación neta de energía. Cocinar un huevo es endotérmico porque hay una ingesta neta de energía para cocinar el huevo. La conclusión es que ambos Las reacciones endotérmicas y exotérmicas implican la ruptura de enlaces y, por lo tanto, ambas requieren energía para comenzar.

Tiene sentido que romper los lazos siempre requiere energía. Un enlace químico mantiene unidos dos átomos. Para romper el vínculo, debes luchar contra el vínculo, como estirar una goma elástica hasta que se rompa. Hacer esto requiere energía. Como analogía, piense en los átomos como pelotas de baloncesto. Piense en el paisaje energético de los enlaces químicos como un terreno montañoso sobre el que ruedan las pelotas de baloncesto. Cuando se colocan dos bolas cerca de un agujero redondo, la gravedad las empuja hacia el fondo donde se encuentran y se detienen. Las dos bolas ahora permanecen juntas debido a la forma del agujero y al tirón de la gravedad. Esto es como el enlace químico que une átomos. Para alejar las bolas entre sí (para romper los enlaces), debes enrollarlas en los lados opuestos del agujero. Se necesita la energía de tu mano para empujar las bolas para que suban por los lados del agujero y se alejen entre sí. La energía que pusiste en el sistema para separar las bolas ahora se almacena como energía potencial en las bolas. Los átomos no ruedan literalmente hacia arriba y hacia abajo de las colinas, sino que actúan como si se estuvieran moviendo en un paisaje energético que es muy similar a las colinas reales.


Ver el vídeo: Flujo de Energia (Noviembre 2022).