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ATP y acoplamiento energético – la hidrólisis del ATP impulsa reacciones endergónicas, el ciclo ATP–ADP

BiologíaBiología celularEdades 15–16

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Tres pantallas sobre el ATP como moneda energética de la célula. Las barras de ΔG muestran la hidrólisis del ATP (ATP + H₂O → ADP + Pi, ΔG°′ ≈ −30,5 kJ/mol) acoplada a la síntesis de glutamina, a la bomba Na⁺/K⁺ o a la contracción muscular, de modo que el ΔG total es negativo. El ciclo ATP–ADP muestra cómo la respiración o la fotosíntesis regeneran el ATP cuando cambia la demanda de energía, y un ejemplo químico de acoplamiento (reducir un óxido metálico con carbono) da ΔG = ΔH − TΔS para cada paso a cualquier temperatura.

Lección: ATP y acoplamiento energético: hidrólisis y síntesis del ATP, reacciones acopladas, energía libre de Gibbs

Qué muestra

Esta simulación muestra cómo las células usan el ATP para impulsar reacciones que no ocurrirían por sí solas, para estudiantes de 15 a 18 años. Compara el ΔG de la síntesis de glutamina, de la bomba sodio-potasio y del golpe de fuerza de la miosina con el ΔG de la hidrólisis del ATP, en condiciones estándar o celulares, y observa en un gráfico en cascada cuándo el total acoplado es negativo. Después sigue el ciclo ATP–ADP mientras la respiración o la fotosíntesis regeneran ATP ante una demanda variable, y compara un ejemplo químico, la reducción de óxidos metálicos con carbono, usando ΔG = ΔH − TΔS. Los valores son datos de libro de texto con modelos simplificados.

Cómo usarla

En Acoplamiento energético, elige el Proceso que requiere energía y las Condiciones para el ΔG del ATP, desmarca Acoplado a la hidrólisis del ATP para comparar y mueve la Fuerza de carga en la contracción muscular. En Ciclo ATP–ADP, elige la Fuente para regenerar ATP y mueve Demanda de energía. En Acoplamiento en química, elige la Reacción y mueve la Temperatura.

Parámetros que puedes cambiar

  • Pantalla inicial Acoplamiento energético, Ciclo ATP–ADP, Acoplamiento en química
  • Proceso que requiere energía Síntesis de glutamina, Bomba Na⁺/K⁺ (transporte activo), Contracción muscular (la miosina tira de la actina)
  • Condiciones para el ΔG del ATP Estándar (ΔG°′ = −30,5 kJ/mol), En la célula (concentraciones típicas)
  • Acoplado a la hidrólisis del ATP
  • Fuerza de carga sobre una cabeza de miosina 0–10 pN
  • Fuente para regenerar ATP Respiración aerobia, Respiración anaerobia (lactato), Fotosíntesis (fase luminosa)
  • Demanda de energía 0–100 %
  • Intensidad de la luz 0–100 %
  • Reducción de un óxido metálico Óxido de hierro(III) + carbono, Óxido de zinc + carbono, Óxido de cobre(II) + carbono
  • Temperatura 298–2000 K

Preguntas para explorar

  1. ¿Por qué una reacción con ΔG positivo puede ocurrir en la célula cuando está acoplada a la hidrólisis del ATP?
  2. ¿Por qué la bomba sodio-potasio funciona en la célula pero no con el ΔG°′ estándar del ATP?
  3. ¿A partir de qué temperatura reduce el carbono al óxido de hierro(III) en este modelo, y por qué?

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