Bioenergética

Estudia:
Cambios de energía que acompañan a los procesos biológicos.
Procesamiento y consumo de energía dentro de los sistemas biológicos.
Transformación y empleo de energía por las células vivientes.
Utiliza ideas básicas de la termodinámica especialmente Δ G, que tienen que ver con la energía disponible en un sistema y ayudan a predecir si una reacción podrá suceder o no.

Termodinámica (Generalidades)
Procede del griego: therme , calor + dynamis potencia)
Describe las relaciones existentes entre las diversas formas de energía y como ésta afecta afecta a la materia a nivel macroscópico.
En su forma original se desarrolló como una herranmienta conceptual para poder comprender las máquinas y los procesos de ingeniería.

La termodinámica clásica solo es aplicable a sistemas aislados o cerrados.
Conceptos:
Sistema : parte del Universo objeto de estudio.
Alrededores : porción del Universo que no se va a estudiar, pero que puede interacciónar con el sistema.
Pared : separación real o imaginaria entre el sistema y los alrededores.
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El tipo de pared determina que tipo de interacción se puede producir entre el sistema y los alrededores. Así las paredes pueden ser:
Móvil o rígida , lo que permitirá o no un cambio de volumen del sistema,
Permeable, impermeable o semipermeable , lo que permitirá o no el intercambio de materia entre el sistema y los alrededores.
Adiabática o Diatérmica , que permite o impide, respectivamente, mantener una diferencia de temperatura entre el sistema y los alrededores.
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Los sistemas termodinámicos que podemos estudiar, se pueden clasificar en:
Cerrados : son aquellos que pueden intercambiar energía, aunque no materia, con los alrededores.
Abiertos : aquellos que pueden intercambiar materia y energía.
Aislados : que no pueden intercambiar ni materia ni energía.
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Termodinámica
Según la primera ley de la termodinámica, la energía se puede transformar (cambiar de una forma a otra), pero no se puede crear ni destruir (ley de conservación de la energía). Como resultado de las transformaciones de energía, de acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, el universo y sus partes (incluyendo los S. vivos) se desorganizan de manera creciente. Para describir este grado de desorganización se utiliza el término entropía. Las transformaciones de la energía aumentan por tanto la cantidad de entropía de un sistema. Solo la energía que se encuentra en un estado organizado – lo que se denomina energía libre – puede ser empleada para producir trabajo. Como la entropía se incrementa en cada transformación energética, la cantidad de energía libre para realizar trabajo disminuye, con resultado de este aumento, los sistemas tienden a pasar de estados de energía libre mayores a estados de energía libre menores.

http://laguna.fmedic.unam.mx/~evazquez/0403/bioenergetica.html Relaciones entre los parámetros termodinámicos.

Clasificación de las reacciones
Las reacciones que requieren un aporte de energía se conocen como reacciones endergónicas , dado que se añade energía, los productos de estas reacciones deben contener más energía libre que los reactivos.
Las reacciones que convierten moléculas con más energía en moléculas con menor energía – y por tanto liberan energía a medida que se producen – se denominan reacciones exergónicas.

La energía liberada por las reacciones exergónicas se emplea para impulsar los procesos celulares que consumen energía ( reacciones endergónicas ). Dado que las células no pueden emplear la energía calorífica para impulsar los procesos que consumen energía, la energía de los enlaces químicos (energía química) que se libera en las reacciones exergónicas debe de transferirse de forma directa a la energía de enlace químico de los productos de las reacciones endergónicas. Por tanto, las reacciones que liberan energía están acopladas con las reacciones que consumen energía.

Esta relación es similar a la de dos engranajes unidos; el giro de uno (el que libera energía) provoca el giro del otro (el engranaje que consume energía). De esta manera la energía se almacena en la formación de ATP (trifosfato de adenosina.). Por tanto cuando las enzimas invierten esta reacción y convierten el ATP en ADP + Pi, se libera una gran cantidad de energía, esta energía se utiliza para impulsar los procesos que consumen energía en las células. Como transportador universal de energía el ATP sirve para acoplar de manera eficaz la energía liberada de las moléculas en su degradación con la requerida por los diferentes procesos endergónicos de la célula

Los organismos vivos obedecen las leyes de la física y la química
Organismos – Estado de desequilibrio
Aporte continuo de energía libre
Metabolismo: proceso en el cual los organismos adquieren y utilizan energía libre para realizar sus funciones.
Energía: Procede del sol – fotosíntesis
Organismos autótrofos
Organismos que incorporan moléculas complejas ya elaboradas
Heterótrofos

Metabolismo
Conjunto de reacciones catalizadas enzimáticamente que tienen lugar en célula viva.
4 funciones específicas
Obtener energía química de los nutrientes
Transformar las moléculas de los nutrientes en unidades precursoras de macromoléculas en la célula
Unir o ensamblar sillares de proteínas, ácidos nucleicos y lípidos, polisacáridos y otros componentes celulares.
Sintetizar y degradar biomoléculas con funciones especializadas.

...Metabolismo
Funciones anteriores se realizan de manera coordinada y organizada.
Para su estudio se divide en:
Catabolismo: Secuencia de reacciones de degradación de sustancias.
Anabolismo: Secuencia de reacciones sintéticas.

Reacciones de óxido-reducción
Cuando un átomo o molécula gana electrones, se dice que se ha reducido, si pierde electrones se dice que se ha oxidado.
Las reacciones de oxido-reducción, están acopladas porque para que un átomo se oxide necesita donar sus electrones a otro átomo que se reduzca . El átomo que dona electrones a otro es conocido como reductor y el que acepta electrones de otro es un oxidante .
El término oxidación no implica la participación del oxígeno en la reacción.

Las reacciones de oxido-reducción en las células, implican la transferencia de átomos de hidrógeno en lugar de electrones libres. Dado que un átomo de hidrógeno contiene un electrón (y un protón en el núcleo) una molécula que pierde oxígeno se oxida y una molécula que gana hidrógeno se reduce.
Dos moléculas que participan activamente en la transferencia de hidrógeno son el dinucleótido de nicotinamida y adenina (NAD) que deriva de la vitamina niacina (B3) y el dinucleótido de flavina y adenina que deriva de la flavina (vitamina B2).
Reacciones de óxido-reducción

Metabolismo oxidativo Transferencia de equivalentes de reducción durante el catabolismo y el anabolismo utilizando NADPH y NADP + .

Compuestos de alta energía
Los compuestos se clasifican de acuerdo a la energía liberada en la hidrólisis de estos compuestos.
Alta energía no es sinónimo de estabilidad del enlace químico en cuestión, ni se refiere a la energía requerida para romper los enlaces.
Los compuestos de alta energía implica, que los productos de la ruptura hidrolítica del enlace rico en energía se encuentran en formas más estables que el compuesto original.

Los productos de la hidrólisis de un enlace de alta energía, pueden más formas resonantes que la molécula precursora

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Bioenergética

by Felipe Riveroll Aguirre

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