TERMODINÁMICA DE LOS PROCESOS IRREVERSIBLES DE UN METABOLISMO

Abstract

La célula utiliza la glicólisis para obtener la energía que requiere para llevar a cabo procesos tan complejos como la digestión, la síntesis bioquímica, contracciones musculares, división celular, control de la temperatura corporal, etc. La glicólisis en extractos citoplasmáticos de células de levaduras y en extractos de levaduras libres de células es uno de los tres primeros osciladores bioquímicos descubiertos. A partir del análisis de las posibles rutas bioquímicas involucradas en la glicólisis, Selkov propuso un modelo matemático sencillo alrededor de la enzima PFK y de la pareja ATP-ADP, que permite mostrar algunos de los rasgos característicos del comportamiento oscilatorio. A pesar de que el comportamiento oscilatorio de la glicólisis en extractos citoplasmáticos de células ha sido objeto de amplio estudio experimental, muy pocos esfuerzos se han realizado para llevar a cabo estudios termodinámicos en este sistema. En este trabajo proponemos extender el modelo de Selkov a un sistema de reacción-difusión para ser estudiado en el marco de la termodinámica generalizada de los procesos irreversibles, con el propósito de mostrar cómo se comportan los niveles de disipación termodinámica ante variaciones en la temperatura.

The cell uses glycolysis to obtain the energy it requires to carry out processes as complex as digestion, biochemical synthesis, muscle contractions, cell division, control of body temperature, etc. Glycolysis in cytoplasmic extracts of yeast cells and in cell-free yeast extracts is one of the first three biochemical oscillators discovered. Based on the analysis of the possible biochemical routes involved in glycolysis, Selkov proposed a simple mathematical model around the PFK enzyme and the ATP-ADP couple, which allows showing some of the characteristic features of oscillatory behavior. Although the oscillatory behavior of glycolysis in cytoplasmic extracts of cells has been the subject of extensive experimental study, very few efforts have been made to carry out thermodynamic studies in this system. In this work we propose to extend the Selkov model to a reaction-diffusion system to be studied within the framework of the generalized thermodynamics of irreversible processes, with the purpose of showing how the levels of thermodynamic dissipation behave under variations in temperature.