Las reacciones de oxidación-reducción en los seres vivos en Temas Selectos de Química 2
Algunos autores consideran que las reacciones, de oxidación-reducción más importantes se llevan a cabo en los sistemas biológicos
Por ejemplo:
-Plantas verdes
-Se desarrolla una compleja serie de reacciones de oxidación-reducción conocida como fotosíntesis
En la fotosíntesis se capta energía lumínica y se convierte el dióxido de carbono y el agua en carbohidratos y oxigeno
La fotosíntesis es un proceso tan importante que se considera que toda la energía que se consume en la biosfera terrestre procede de dicho proceso, también denominada función clorofílica
La fotosíntesis se produce en unos orgánulos de la célula vegetal denominados cloroplastos que se ubican en varias partes verdes de la planta, principalmente en las hojas, la mayor parte de la fotosíntesis se desarrolla en ellas
El proceso fotosintético se desarrolla en dos etapas:
-Primera
-Se produce una serie de reacciones que dependen de la luz y que son independientes de la temperatura
-Segunda
-Se llevan a cabo una serie de reacciones que dependen de la temperatura, pero que son independientes de la luz
Por ello a la primera etapa se le denomina fase luminosa y a la segunda, fase oscura
Fase luminosa
-Se desarrolla en presencia de la luz
-La luz es precisamente la fuente de energía necesaria para que el proceso tenga lugar
-La energía lumínica rompe la molécula de agua (fotólisis), libera al hidrógeno y ocasiona el desprendimiento del oxigeno
-Asimismo, la luz llega hasta la clorofila y hace que se desprendan electrones, los cuales pasarán a los hidrógenos originados en la fotólisis del agua a través de una cadena de sustancias transportadoras
-En esta fase se prepara el material reductor -que cede electrones- necesaria para que tenga lugar la segunda fase del proceso
-Se produce oxígeno como resultado de la escisión de la molécula de agua y se forman, gracias al aporte energético de la luz, sustancias ricas en energía, conocidas como ATP (adenosín trifosfato o trifosfato de adenosina)
Fase oscura
-En ausencia de la luz se desarrollan en el estroma del cloroplasto diversas y complicadas reacciones (ciclo de Calvin) gracias a las cuales se forman las moléculas de azucares que la planta necesita para su subsistencia
-El carbono de la molécula de CO2 capta los electrones cedidos por las moléculas reductoras presentes en el cloroplasto y entra a formar parte de una molécula de pentosa (azúcar de cinco carbonos), para dar lugar así, a una hexosa (azúcar de seis carbonos)
-Posteriormente, esta molécula se escinde en dos, de tres átomos de carbono cada una y a través de sucesivos ciclos se transforma en una molécula de glucosa, azúcar de gran importancia para el metabolismo de numerosos seres vivos
Hay que considerar que otro proceso de gran relevancia y en el que también están presentes reacciones de oxidación-reducción, es el ciclo de Krebs, el cual también es conocido como ciclo del ácido cítrico o ciclo de los ácidos tricarboxílicos
El ciclo de Krebs sucede en todos los animales, plantas superior, y en la mayoría de las bacterias y se ha comprobado que en aquellos organismos que tienen células con núcleo, el ciclo se desarrolla dentro de la mitocondria, que es un orgánulo membranoso y a la cual se le compara con la central de producción de energía de la célula
Para poder incorporarse al ciclo de Krebs, los alimentos requieren, de manera previa, ser descompuestos en pequeñas unidades denominadas grupos acetilo (-CH3CO)
Una vez efectuado lo anterior, un grupo acetilo se combina con una molécula de cuatro átomos de carbono llamada oxalacetato para dar lugar a la formación del ácido cítrico, que contiene seis átomos de carbono
Después, la molécula de ácido cítrico se transforma y pierde dos de sus átomos que salen del ciclo en forma de CO2, liberándose, además, cuatro electrones que viajan dentro de la célula merced a serie de moléculas transportadoras que reciben el nombre de cadena transportadora de electrones y en la cual se produce energía en forma de una molécula de trifosfato de adenosina, o ATP, antes de reaccionar con el oxígeno para formar agua
Además del ATP, en el ciclo se produce otra molécula con alto contenido energético, llamada trifosfato de guanosina, o GTP
Ambas moléculas son utilizadas por las células como combustible para muchos procesos
La molécula original de oxalacetato se regenera al final del ciclo y puede entonces reaccionar con otro grupo acetilo para recomenzar el proceso, en cada giro del ciclo se produce energía
Este proceso de oxidación requiere la intervención de un complejo enzimático que incluye a la nicotinamida adenín nucleótido (NAD+), coenzima cuya función principal es el intercambio de electrones e hidrogeniones (H+) en la producción de energía en las células
En efecto, los electrones liberados por la oxidación del piruvato son ganados por el NAD+ que, a su vez, se reduce tomando la forma NADH
En la siguiente figura se muestran los pasos principales del ciclo de Krebs:
