2. La bioenergética es el estudio de
las transformaciones de energía
que tienen lugar en la célula, y de
la naturaleza y función de los
procesos químicos en los que se
basan esas transformaciones, las
cuales siguen las leyes de la
termodinámica
2
3. Organismos Autótrofos: Son
aquellos que pueden utilizar el
CO2 como fuente de carbono
(bacterias, vegetales)
Organismos Heterótrofos: obtienen
carbono de moléculas orgánicas
complejas.
(animales, microorganismos)
3
4. Metabolismo: es la suma de todas las
reacciones químicas que ocurren en la
célula. Tiene lugar en una serie de
reacciones catalizadas, llamadas “rutas
metabólicas”.
Catabolismo: es la fase degradadora. Las
moléculas nutrientes se convierten en
otras mas pequeñas y simples.
Anabolismo: moléculas pequeñas
reaccionan para convertirse en otras mas
4 grandes y complejas.
5. Las células necesitan de energía
para poder realizar sus actividades
de
desarrollo, crecimiento, renovación
de sus estructuras, síntesis de
moléculas, etc.
La energía química que utiliza una
célula animal para realizar trabajo
proviene principalmente de la
oxidación de sustancias
incorporadas como alimentos.
5 (carbohidratos, grasas)
6. Al producirse una transformación
química, generalmente se rompen
enlaces y el contenido de energía
de las moléculas aumenta o
disminuye. (DG aumenta o
disminuye)
La “moneda” de intercambio de
Energía en los procesos biológicos
es el ATP
6
7. Las oxidaciones se efectúan por adición de
O, por pérdida de H o por otra reacción que
resulte en la pérdida de electrones.
La reducción, por el contrario, implica ganancia
de electrones.
NADH y FADH2 son los principales
transportadores de electrones, ya que sufren
oxidaciones y/o reducciones reversibles.
Sus reducciones, permiten la conservación de la
Energía Libre que se produce en la oxidación de
los sustratos
7
12. Keq = [C][D]/[A][B]
Para cada reacción química, el valor de la Keq
es característico a una Tº dada.
Si Keq >1, la reacción se encuentra desplazada
hacia
Si Keq <1, la reacción se encuentra desplazada
hacia
si Keq =1, la reacción se encuentra en Equilibrio
y no hay desplazamiento neto.
12
13. DEFINICIONES
ENERGÍA: Es la “capacidad para
producir un trabajo”.
SISTEMA: “ toda porción del universo que
se somete a estudio”
MEDIO: “es lo que rodea al sistema”
UNIVERSO = SISTEMA + MEDIO
13
14. PROCESO EXOTÉRMICO: es aquel que
transcurre con liberación de calor al medio.
PROCESO ENDOTÉRMICO: el que
transcurre tomando calor del medio.
PROCESO EXERGÓNICO: libera energía.
(ESPONTANEO)
PROCESO ENDERGÓNICO: absorbe
energía. (NO ESPONTANEO)
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15. DEFINICIONES
ENTALPÍA (DH): es la energía en forma de
calor, liberada o consumida en un sistema a ,T y
P constantes.
ENTROPÍA (DS): energía no degradada, no
utilizada para realizar trabajo.
ENERGÍA LIBRE (DG): energía disponible para
realizar trabajo. Es Energía contenida en las
moléculas. Representa la energía intercambiada
en una reacción química
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16. PRINCIPIOS DE LA TERMODINÁMICA
PRIMER PRINCIPIO:
“ LA ENERGÍA TOTAL DEL UNIVERSO
PERMANECE CONSTANTE”
Equivale a decir: la energía del universo no se
crea ni se destruye, permanece invariante. Solo
se transforma.
SEGUNDO PRINCIPIO:
“ LA ENTROPÍA DEL UNIVERSO
AUMENTA”
Equivale a decir que el grado de desorden en el
universo aumenta.
16
17. CAMBIOS DE ENERGÍA LIBRE EN LAS
REACCIONES QUÍMICAS
Medir el contenido de energía de un sistema es
muy difícil, generalmente medimos el cambio de
energía entre dos estados.
La variación de energía (DG) para ir de A hacia B
es: A
1
B
DGBA = GB - GA 2
Para ir de B hacia A:
DGAB = GA – GB = - DGBA
Matemáticamente:
17
DG = DH -TDS
18. CAMBIOS DE ENERGÍA LIBRE EN
LAS REACCIONES QUÍMICAS
Las reacciones cuya DG es positivo no
transcurren espontáneamente.
Las reacciones cuyo DG es negativo son las
que se producen espontáneamente.
Si DG = 0 la reacción se encuentra en equilibrio
químico.
Hay una relación entre DG y la constante de
equilibrio:
DG = DGº + RT ln [productos]/[reactivos]
Si DG = 0 (en el equilibrio): DGº = -RT ln Keq
18
19. CAMBIOS DE ENERGÍA LIBRE EN LAS
REACCIONES QUÍMICAS
DGº es la variación de Energía Libre en
condiciones estándar (Tº= 298ºK, [
] = 1M, P = 1atm)
DGº’ es la variación de energía libre
estándar a un pH próximo al fisiológico (pH
= 7)
R = 1,987 cal/mol grado
19
21. ATP
Es el compuesto de alta energía de mayor
importancia en la célula.
El ATP a pH fisiológico se encuentra como
ATP4-. Las 4 cargas negativas se encuentran
próximas y originan tensiones
intramoleculares que desaparecen al
hidrolizarse en ADP+Pi o AMP+PPi.
Además los productos de la hidrólisis se
solvatan mejor y se estabilizan por
resonancia contribuyendo a disminuir DG y
desplazando la reacción hacia
21
24. Desde el punto de vista energético, una reacción
con un DG positivo no podría ocurrir a no ser
que exista un aporte de energía que la haga
posible.
Dicho aporte, lo proveen compuestos de alto
contenido energético, que se caracterizan por
tener enlaces que al romperse liberan una alta
cantidad de energía. Este proceso se llama
acoplamiento.
MOLECULAS DE ALTA ENERGIA : ATP, Acetil-
CoA, Creatina Fosfato, Fosfoenol
Piruvato, por ejemplo.
24
27. REACCIONES ENERGÉTICAMENTE
ACOPLADAS
Una reacción altamente exergónica puede hacer
que otra endergónica ocurra si ambas se
acoplan.
nombre DGº’(kcal/mol)
ATP ADP + P -7,3
ADP AMP + P -7,7
AMP adenosina + P -3,4
27
28. ATP + H2O ADP + Pi DGº'= -7,3 kcal/mol
+ energia
GLUCOSA + Pi GLUCOSA-6-P + H2O DGº'= +3,3 kcal/mol
GLUCOSA + ATP GLUCOSA-6-P + ADP DGº'= -7,3 + 3,3 = -4,0 kcal/mol
28
29. A B DGºab B C DGºbc
A C Dgºac
DGºac = DGab + DGbc
“Los valores de DGº de reacciones secuenciales
son aditivos”
Este principio explica por que una reacción
termodinámicamente desfavorable puede
ocurrir, si se acopla a otra reacción que sea
exergónica, a través de un intermediario común
29
30. ACTIVACION
Es la unión de moléculas biológicas de modo tal
que, la ruptura de ese enlace químico formado,
tiene un DG <0
EJEMPLOS:
1)
A + COENZIMA A-COENZIMA
A-COENZIMA + B AB + COENZIMA DG<0
2)
FOSFORILACION
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31. Estructura química de la Acetil CoA. El grupo acetilo
aparece a la izquierda de la figura, unido al azufre
(S)
31
32. La Coenzima A es un transportador de
grupos acilo.
Al grupo sulfhidrilo terminal, se unen los
grupos acilo mediante un enlace tioester.
La hidrólisis de un tioester es muy
favorable termodinámicamente, lo que
hace que esta molécula tenga un alto
potencial de transferencia de grupos acilo.
La CoA es un “transportador de acilos
activado” igual que el ATP es “un
32
transportador de P activado”.
33. Bibliografía
Lehninger Principles of Biochemistry, Fourth
Edition. David L. Nelson and Michael M. Cox
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