Bioenergética y metabolismo

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BIOQUÍMICA

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Bioenergética y metabolismo

  1. 1. Bioenergética y MetabolismoFACULTAD: IngenieríaEAP: Ingeniería AmbientalCÓDIGO: BI1002DOCENTE: Edali Gloria Ortega MirandaPERIODO ACADÉMICO: 2013-1
  2. 2. METABOLISMO
  3. 3. Estos complejos procesos interrelacionados son la base de la vida a escalamolecular, y permiten las diversas actividades de las células: crecer,reproducirse, mantener sus estructuras, responder a estímulos, etc.Conjunto de reacciones bioquímicas y procesos físico-químicos que ocurren en una célula y en el organismo.
  4. 4. Actividad celular muy coordinada en la que muchos sistemasmultienzimáticos (rutas metabólicas) cooperan para:1. Obtener energía a partir de energía solar o degradandonutrientes ricos en energía obtenidos del ambiente
  5. 5. Actividad celular muy coordinada en la que muchos sistemasmultienzimáticos (rutas metabólicas) cooperan para:2. Convertir moléculas nutrientes en moléculas característicasde la propia célula incluidos los precursores demacromoléculas
  6. 6. Actividad celular muy coordinada en la que muchos sistemasmultienzimáticos (rutas metabólicas) cooperan para:3. Polimerizar los precursores monoméricos en macromoléculas:proteínas, ácidos nucleicos, y polisacáridos.
  7. 7. Actividad celular muy coordinada en la que muchos sistemasmultienzimáticos (rutas metabólicas) cooperan para:4. Sintetizar y degradar biomoléculas para funciones celularesespecializadas, tales como los lípidos de membrana,mensajeros intracelulares y pigmentos.
  8. 8. AUTÓTROFOS HETERÓTROFOS
  9. 9. CICLO DELNITRÓGENO ENLA BIOSFERA
  10. 10. CICLO DELNITRÓGENO ENLA BIOSFERA
  11. 11. • Fase degradativa del metabolismo• Moléculas nutrientes orgánicas (glúcidos, grasas y proteínas) se convierten enproductos más pequeñas y sencillos: ácido láctico, CO2 y NH3.• Libera energía libre, parte de la cual se conserva en la formación de ATP ytransportadores electrónicos reducidos (NADH y NADPH).• Principales rutas catabólicas:• conversión de hexosas en triosas• oxidación de triosas a dióxido de carbono• oxidación de aminoácidos y ácidos grasos.
  12. 12. • Precursores pequeños y sencillos se integran en moléculas muchosmayores y complejas: lípidos, polisacáridos, proteínas y ácidosnucleicos.• Requiere de aporte de energía: energía libre de hidrólisis del ATP y elpoder reductor del NADH y del NADPH, obtenidos de los procesoscatabólicos respectivamente.• Principales rutas anabólicas:• Glucogénesis• Lípogénesis• Biosíntesis de aminoácidos• Biosíntesis de nucleótidos
  13. 13. LINEALESRAMIFICADASCONVERGENTESDIVERGENTESCÍCLICASANABOLISMO Y CATABOLISMONUNCA SIMULTÁNEOS
  14. 14. REGULACIÓNALOSTÉRICA
  15. 15. REGULACIÓNHORMONAL
  16. 16. REGULACIÓNCONCENTRACIÓNDE ENZIMA
  17. 17. Estudio cuantitativo de lastransducciones de energía,cambios de una forma deenergía en otra, que tienenlugar en las células vivas y de lanaturaleza y funciones de losprocesos químicos sobre lo quese basan estas transducciones.
  18. 18. Estudio de los cambios de energíaque acompañan a las reaccionesbioquímicas.Proporciona los principios queexplican por qué algunas reaccionespueden producirse en tanto queotras no.
  19. 19. Sistemas no biológicos:Utilizan la energía calorífica para realizar trabajoSistemas biológicos:Isotérmicos, emplean la energía química para impulsar los procesos vitales.
  20. 20. La energía química de uncompuesto está representada por:• el movimiento y posiciónrelativa de los átomos ypartículas componentes• los enlaces• las atraccionesA menudo el contenido energéticode las moléculas involucradasdisminuye o aumenta.
  21. 21. El curso de cualquier reacciónquímica es determinado por elcontenido de energía delsistema en consideración y porel intercambio de energía libreentre él y su entorno.
  22. 22. Medir el contenido de energía de un sistema puede serdifícil, en cambio resulta más fácil determinar el cambiode energía producido entre los estados inicial y final.
  23. 23. • La forma más común de energíaes el calor.• Prácticamente todos los procesosquímicos son acompañados porconsumo (ENDOTÉRMICOS) oproducción (EXOTÉRMICOS) decalor.
  24. 24. Las transformacionesbiológicas de energíaobedecen las leyesde la termodinámica.
  25. 25. Primer principio o ley de la termodinámica:(Principio de conservación de la energía para la termodinámica)• En cualquier cambio físico o químico, la cantidad total de energía en eluniverso permanece constante, aunque pueda cambiar la forma de la misma.• Permite definir el calor como la energía necesaria que debe intercambiar elsistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna.
  26. 26. U: Energía interna del sistema (aislado)Q: Cantidad de calor aportado al sistemaW: Trabajo realizado por el sistema.Donde:
  27. 27. SistemaUn sistema es aquella particular porción deluniverso en la cual estamos interesados.Variables termodinámicasMagnitudes que deben especificarse para daruna descripción macroscópica del sistema.Estado del sistemaVariables necesarias para describir al sistema.
  28. 28. Equilibrio• Es una abstracción pues los sistemas reales no están nunca en estrictoequilibrio.• Siempre y cuando las variables que describen al sistema y al ambienteque interactúa con él no varíen apreciablemente en la escala de tiempode nuestras mediciones, se puede considerar que el sistema está enequilibrio y aplicarle las consideraciones termodinámicas pertinentes.• Se debe notar que un sistema puede estar en equilibrio con respecto deciertas variables, pero no con respecto de otras.
  29. 29. Segunda leyEn todos los procesos naturales, la entropía o desorden deluniverso aumenta.
  30. 30. La entropía representa la extensióndel desorden y se torna máxima en unsistema cuando este se aproxima alequilibrio verdadero. Representa laenergía degradada, no utilizable pararealizar trabajo.
  31. 31. En condiciones de temperatura y presión constantes, la relación entre elcambio de energía libre (ΔG) de un sistema y el cambio de la entropía(ΔS) está dada por la siguiente ecuación que combina las dos leyes de latermodinámica:ΔG = ΔH - T ΔSDonde:• ΔH es el cambio de entalpía (calor)• T es la temperatura absoluta (°K)
  32. 32. Bajo las condiciones de las reacciones bioquímicas, debido a que ΔH esaproximadamente igual a ΔE, que es el cambio total en la energía interna de lareacción, la relación anterior puede expresarse de la siguiente manera:ΔG = ΔE - T ΔS
  33. 33. Energía libre de Gibbs, G:Expresa la cantidad de energía capaz de realizar trabajo durante unareacción (a temperatura y presión constantes)ΔG, con signo (-): la reacción es exergónica (ΔG < 0)ΔG, con signo (+): la reacción es exergónica (ΔG > 0)
  34. 34. Entalpía (H)• Contenido calórico del sistema de reacción.• Refleja el número y la clase de enlaces químicos en los reactivos y losproductos.• Reacción química libera calor, es una reacción exotérmica• Reacción química adquiere calor, es endotérmica
  35. 35. Entalpía (H)• contenido calórico de productos < de los reactivos →ΔH +• contenido calórico de productos > de los reactivos →ΔH –Por convención:ΔH, (-) tiene signo negativo cuando se libera calor del sistema a su entornoLas unidades de H son:• joules/mol (J/mol)• calorías/mol (cal/mol)
  36. 36. Entropía (S)Expresión cuantitativa del desorden deun sistema.Cuando los productos de una reacciónson menos complejos y másdesordenados que los reactivos, seafirma que la reacción transcurre conganancia de entropía.ΔS (+) tiene signo positivo cuandoaumenta la entropía.
  37. 37. Las unidades de entropía (S) son:• Joules/mol• Kelvin (J/mol - K)Las unidades de ΔG y ΔH son:• Joules/mol (J/mol)• Calorías/mol (cal/mol)Las unidades de la variación de entropía ΔS son:• Joules/mol X ºKelvin (J/mol X ºK)
  38. 38. REACCIÓN EXERGÓNICAREACCIÓN ENDERGÓNICA
  39. 39. EnlaceN-β-glicosídicoEnlaceésteres fosfóricosEnlacesanhidro
  40. 40. Complejo Mg-ATP,pH = 7Tº = 310 ºK
  41. 41. Otroscompuestosricos enenergía
  42. 42. • Organismos no fotosintéticos: la fuente de electrones son compuestosreducidos (alimentos)• Organismos fotosintéticos: el dador electrónico inicial es una especie químicaexcitada por absorción de la luz.
  43. 43. En las reacciones de oxidorreducción biológicas:• Los electrones se pueden transferir de diferentes formas.:• Transferencia sólo de electrones: Oxidorreducción reversible de ionesmetálicos como Hierro o Cobre.• Transferencia de electrones junto con protones, en forma de átomosde Hidrógeno (H+ + e-) o iones hidruro (H- = H+ + 2e-): Mediantecoenzimas de oxidorreducción.• En cualquier forma que se transfiera, cada electrón transferido constituyeun Equivalente Reductor.
  44. 44. Organismos aerobios:• Oxígeno: Aceptor final de electrones en el metabolismo.• La oxidación de los alimentos se efectúa por coenzimas deoxidorreducción:• Dinucleótido de Nicotinamida y Adenina (NAD+)• Dinucleótido de Flavina y Adenina (FAD)• Análogo del NAD+: Dinucleótido de Nicotinamida y Adenina Fosfato(NADP+)
  45. 45. • En los humanos:• NAD+ y NADP+ se forman a partir de la Niacina (vitamina B3)• FAD a partir de Riboflavina (vitamina B2).• NAD+ y NADP+ aceptan dos equivalentes reductores en forma de unión hidruro, para convertirse en sus formas reducidas NADH yNADPH,• FAD acepta dos equivalentes reductores, pero en forma de dosátomos de Hidrógeno para formar el FAD reducido ó FADH2.
  46. 46. 14/05/2013 60«La energía y la perseverancia conquistan todaslas cosas.»- Benjamín Franklin -

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