Transferencia de energía

La transferencia de energía es el paso de energía de un sistema a otro, o su conversión de una forma a otra, sin que la cantidad total se pierda ni se cree de la nada.

Qué es la transferencia de energía

La palabra energía procede del griego enérgeia, actividad o fuerza en acción, un término que Aristóteles empleaba en un sentido filosófico muy distinto del actual. Transferencia, por su parte, viene del latín transferre, llevar de un lado a otro. Juntas describen algo bastante simple de enunciar y bastante más difícil de fijar con precisión: el movimiento de esa capacidad de producir cambios desde donde está hasta donde se necesita.

Físicamente se transfiere de tres maneras. Por calor, cuando dos cuerpos a distinta temperatura se ponen en contacto. Por trabajo mecánico, cuando una fuerza desplaza algo. Y por radiación, cuando la energía viaja sin necesidad de un medio material, como la luz del sol que llega a la piel. En los organismos vivos estas tres vías conviven con una cuarta, exclusivamente química: la que libera o almacena los enlaces de las moléculas, cuyo protagonista es el ATP, y que no se repite aquí porque ya tiene desarrollo propio.

Un principio, no una excepción biológica

Que la energía ni se crea ni se destruye, solo se transforma, es hoy un lugar común de cualquier libro de física. A mediados del siglo XIX no lo era, y menos aplicado a los seres vivos. Durante décadas dominó la idea de que el músculo se movía gracias a una fuerza vital irreductible a la física y la química, ajena a las leyes que gobiernan el resto de la naturaleza.

Quien más contribuyó a desmontar esa idea fue, precisamente, un médico. Hermann von Helmholtz se había formado como cirujano militar prusiano y estudiaba el metabolismo muscular cuando, en 1847, publicó Über die Erhaltung der Kraft (Sobre la conservación de la fuerza). Allí demostró, apoyándose en trabajos previos de Carnot, Clapeyron y Joule, que ningún proceso biológico generaba ni destruía energía: solo la transfería de una forma a otra, exactamente igual que una máquina de vapor. La revista Annalen de Poggendorff, por cierto, rechazó el artículo por considerarlo demasiado especulativo; Helmholtz acabó pagando de su bolsillo la primera edición.

La transferencia a escala molecular

Dentro de la célula, buena parte de la energía cambia de manos por transferencia de electrones, el mecanismo que sostiene la respiración celular y que se desarrolla en la ficha de la fosforilación oxidativa. Existe, sin embargo, otra vía de transferencia energética entre moléculas que no pasa por electrones ni por enlaces químicos: la transferencia de energía por resonancia.

La describió en 1946, y con mayor rigor cuántico en 1948, el químico físico alemán Theodor Förster. Un fluoróforo excitado por la luz puede ceder esa energía a una molécula vecina sin emitir ningún fotón, por simple acoplamiento entre sus campos eléctricos oscilantes, siempre que ambas estén separadas por menos de diez nanómetros. La eficiencia del proceso cae con la sexta potencia de la distancia, lo que la convierte en algo parecido a una regla molecular: basta medir cuánta energía llega al aceptor para calcular, con una precisión que ningún microscopio óptico alcanzaría por sí solo, la distancia entre dos puntos de una proteína. Esa propiedad, bautizada FRET por sus siglas en inglés, es hoy una herramienta habitual en biología molecular y celular, entre otros usos para seguir en tiempo real cómo cambia de forma una molécula dentro de una célula viva.

Preguntas frecuentes

¿Por qué se llama energía si su origen etimológico es filosófico?

Porque el físico Thomas Young reutilizó en 1807 la vieja palabra griega de Aristóteles, dándole el sentido cuantitativo que conserva hoy: la capacidad de realizar un trabajo. La transferencia, en cambio, mantiene desde el latín el significado literal de trasladar algo de un lugar a otro.

¿Es lo mismo transferencia de energía que transferencia de masas?

No. Aquí se mueve energía; en la transferencia de masas, materia. Ambas comparten cierto parentesco matemático, pero describen fenómenos distintos.

¿Qué relación tiene esto con el ATP?

El ATP es la moneda química con la que la célula paga y cobra energía, ya explicada en su propia ficha. Esta entrada se ocupa del concepto físico general del que esa moneda es solo una aplicación particular.

¿Para qué sirve en la práctica la técnica FRET?

Permite observar, sin abrir la célula ni destruir la muestra, si dos proteínas están lo bastante cerca como para interactuar, o si una sola molécula ha cambiado de forma. Antes de Förster, los físicos Jean y Francis Perrin ya habían descrito el fenómeno en los años veinte y treinta sin lograr una teoría que lo explicara con precisión; a Förster le llevó dos publicaciones, en 1946 y en 1948, cerrar esa cuenta pendiente.

Referencias

Entradas relacionadas

ATP. El nucleótido que capta y transfiere la energía química necesaria para las reacciones celulares.
Fosforilación oxidativa. El proceso por el que la transferencia de electrones a lo largo de la cadena respiratoria produce ATP.
Metabolismo. El conjunto de reacciones anabólicas y catabólicas que gestionan la energía en el organismo.
Transferencia de masas. El concepto paralelo que describe el desplazamiento de materia, no de energía, entre dos puntos.

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