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Dra. Judith García de RodasSalón 207
BIOENERGÉTICA (TEMA 6)
Reconocerán la importancia del flujo energético en los sistemas vivos.
Utilizarán los valores de cambio en energía libre para predecir la espontaneidad de las reacciones químicas en los organismos.
Relacionarán la bioenergética con el metabolismo celular
Requerimientos celulares
Materiales estructurales
Catalizadores Información Energía
Monosacáridos
Ácidos grasos
Aminoácidos
Nucleótidos
Agua
Minerales
Enzimas
Ribozimas
Almacenamiento (ADN)
Transmisión (ARN)
Expresión (proteínas)
Obtener
Almacenar
Utilizar
ENERGÍAENERGÍA Es la capacidad para realizar
cambios específicos
Necesaria para: Impulsar reacciones implicadas en
la formación de componentes moleculares
efectuar actividades en las que participan dichos componentes
Síntesis
Mecánico
Concentración
Calor
Luz
Eléctrico
Pérdidas de calor
Energía solar
Aumento de energía Libre
Disminuye la entropía
Pérdidas de calor
Disminución de E. Libre
Aumento entropía
Fotótrofos
Quimiótrofos
Compuestos
orgánicos
Oxígeno
Agua
Dióxido de
carbonoNitrato
Energía química
Flujo de energía y materia Flujo de energía y materia
Energía: unidireccional
Materia: cíclico
MATERIA Y ENERGÍAMATERIA Y ENERGÍA
Materia: todo lo que tiene masa, volumen y ocupa un lugar en el espacio
Energía: La capacidad de un sistema para realizar un trabajo, utilizando energía
Clases de Energía: mecánica, eléctrica, potencial, química, calorífica, lumínica etc.
TERMODINÁMICATERMODINÁMICA
Estudia el flujo de energía en los sistemas (cambios energéticos en el universo)
Las leyes termodinámicas gobiernan los cambios energéticos en una reacción, y proveen herramientas para predecir la espontaneidad de la misma, si es favorable o inducida
BIOENERGÉTICABIOENERGÉTICA Describe la transferencia y utilización de
la energía en los sistemas biológicos
Utiliza las ideas básicas de la termodinámica, particularmente el concepto de energía libre
Los cambios en la energía libre (G) permiten cuantificar y predecir la factibilidad energética de una reacción química
EL UNIVERSOEL UNIVERSO
Se compone de dos partes: Sistema:
La parte del universo bajo estudio Espacio físico o porción de materia
contenida dentro de un límite o frontera Ej. una célula, una máquina, un vaso de
precipitado
Entorno Región fuera del límite o frontera El sistema intercambia materia o energía
con él
CLASES DE SISTEMASCLASES DE SISTEMAS
entorno
entorno
Sistema abierto
Sistema cerrado
Hay intercambio de
energía
No hay intercambio de
energía
FORMAS DE INTERCAMBIO DE ENERGÍA FORMAS DE INTERCAMBIO DE ENERGÍA ENTRE UN SISTEMA Y EL ENTORNOENTRE UN SISTEMA Y EL ENTORNO
CALOR: Es una forma de
energía útil para las máquinas
En organismos permite mantener temperatura corporal, mediante la transpiración
TRABAJO: Utilizar la energía para
cualquier proceso diferente al flujo de calor
Trabajo: cambio uniforme de moléculas en el entorno
Calor: aumenta el desorden de las moléculas en el entorno
LEYES TERMODINÁMICASLEYES TERMODINÁMICAS
Primera Ley: Conservación de la energía
La energía total del universo permanece constante, aunque puede cambiar
En una célula, la cantidad total de energía que sale, debe ser exactamente igual a la que entra, menos la energía que permanece almacenada en el sistema
Segunda Ley: Espontaneidad termodinámica
En cada cambio físico o químico, se incrementa la aleatoriedad (desorden) del universo
Toda reacción espontánea
da como resultado disminución del contenido de energía libre del sistema
LEYES TERMODINÁMICASLEYES TERMODINÁMICAS
ESPONTANEIDAD TERMODINÁMICAESPONTANEIDAD TERMODINÁMICA
Indica la probabilidad de que una reacción química ocurra, Aumento en la Entropía (medida de
desorden), puede determinarse por variación de la entropía.
Disminución de la Energía libre (medida de la capacidad del sistema para realizar un trabajo)
El parámetro de medida debe tomar en cuenta únicamente el sistema.
ENERGÍA LIBREENERGÍA LIBRE
Energía que está disponible para hacer un trabajo útil
Para sistemas biológicos, con presión, volumen y temperatura constantes, la variación de energía libre (G), se relaciona con las variaciones de entalpía y entropía
ΔH= ΔG + TΔS
VARIACIÓN DE ENERGÍA LIBRE VARIACIÓN DE ENERGÍA LIBRE GG
La variación de energía libre es una medida de la espontaneidad termodinámica, basada únicamente en las propiedades del sistema donde ocurren las reacciones
G se puede calcular a partir de la Keq, a partir de las concentraciones de reactivos y productos
ΔGº´ = -R T ln Keq
R= Constante de gases 1.9 cal./º/molT= Temperatura en º Kelvin.lnKeq log. Natural de Keq.
Keq = [productos] / [reactantes]
EQUILIBRIO QUÍMICOEQUILIBRIO QUÍMICO
Se establece cuando las velocidades de las reacciones directa e inversa son iguales
A + B C + D
Reacción directa Reacción inversa
Permite predecir la dirección a la que una reacción ocurre espontáneamente
Se obtiene al dividir la concentración de los reactivos y de los productos en el equilibrio
K eq = [C] [D]
[A] [B]
Constante de equilibrio KConstante de equilibrio Keqeq
VALORES DE LA KVALORES DE LA KEQEQ
Keq > 1 concentración de productos mayor que concentración de reactivos. La reacción favorecida es hacia la derecha (reacción directa)
Keq < 1 concentración de reactivos mayor que concentración de productos. La reacción favorecida es hacia la izquierda (reacción inversa)
Keq = 1 concentración de reactivos igual a concentración de productos
En los sistemas vivos la Keq puede ser mayor o menor que 1, si es 1 equivale a muerte porque no hay intercambio energético.
VALORES DE LA KVALORES DE LA KEQEQ
Si la concentración de productos = 10 y la concentración de reactivos = 2
Keq = 5 se favorece reacción directa
Si la concentración de productos = 2 y la concentración de reactivos = 10
Keq = 0.1 se favorece reacción inversa
Si la concentración de productos = 2 y la concentración de reactivos = 2
Keq = 1 está en equilibrio
ENERGÍA LIBRE ESTÁNDAR ENERGÍA LIBRE ESTÁNDAR DGº´DGº´
Es el cambio de energía que se hace en un calorímetro bajo condiciones estándar de: Temperatura = 25 °C (298 K) Presión = 1 atmósfera Concentración 1 M pH = 7
Dentro de una célula no existen estas condiciones standares, son otros valores.
UTILIDAD DEUTILIDAD DE Gº Y Gº Y Gº´Gº´
Medidas útiles para cuantificar en qué dirección debe producirse una reacción para alcanzar el equilibrio y a qué distancia se encuentra de este
En las células, las reacciones se desplazan al equilibrio pero no lo alcanzan, porque sería una reacción detenida G = 0
PROCESOS EXERGÓNICOS Y PROCESOS EXERGÓNICOS Y ENDERGÓNICOSENDERGÓNICOS Los procesos químicos pueden ocurrir
con la absorción o liberación de energía, que usualmente se manifiesta en forma de calor y/o de trabajo
Los procesos que liberan energía son favorecidos, ocurren espontáneamente
Los procesos que absorben energía no son favorables, ocurren cuesta arriba
PROCESO ESPONTÁNEO Y PROCESO PROCESO ESPONTÁNEO Y PROCESO QUE REQUIERE ENERGÍAQUE REQUIERE ENERGÍA
Reacción exergónica Reacción química que es espontánea Libera energía al entorno Su Keq es > 1 Su Gº < 1 (negativa)
Reacción endergónica Reacción química que ocurre cuesta
arriba Necesita energía para ocurrir Su Keq es < 1 Su Gº > 1 (positiva)
REACCIONES EXERGÓNICAS Y REACCIONES EXERGÓNICAS Y ENDERGÓNICASENDERGÓNICAS
METABOLISMOMETABOLISMO
Conjunto de reacciones bioquímicas que ocurren en un organismo, incluyendo su coordinación, regulación y necesidades energéticas
El metabolismo es un proceso de transformación de energía donde el catabolismo proporciona la energía requerida para el anabolismo
VÍAS CATABÓLICAS Y ANABÓLICASVÍAS CATABÓLICAS Y ANABÓLICAS
VÍAS CATABÓLICAS
VÍAS ANABÓLICAS
Moléculas en los alimentos Variedad de
moléculas que forman a una
célula
Variedad de monómeros para biosíntesis de
macromoléculas
Energía para
realizar trabajo
CATABOLISMOCATABOLISMO Ruta metabólica de degradación de
macromoléculas (grasas, carbohidratos y proteínas) en moléculas más simples
Se dan los procesos de oxidación y formación de los cofactores reducidos NADH, NADPH y FADH2
Se libera la energía química (procesos exergónicos) y se produce ATP a partir de ADP
Hay convergencia de rutas metabólicas
ANABOLISMOANABOLISMO
Ruta metabólica de biosíntesis o construcción de macromoléculas (proteínas, ADN) a partir de moléculas precursoras más pequeñas
Se dan los procesos de reducción y
formación de los cofactores oxidados NAD+, NADP+ y FAD+
Requiere de energía (procesos endergónicos) por lo que se consume ATP
Hay divergencia de rutas metabólicas
REACCIONES ACOPLADASREACCIONES ACOPLADAS
La energía de una reacción exergónica se utiliza para realizar una endergónica
MECANISMOS PARA EL INTERCAMBIO DE MECANISMOS PARA EL INTERCAMBIO DE ENERGÍA EN LOS SISTEMAS VIVOSENERGÍA EN LOS SISTEMAS VIVOS
1. Transferencia del grupo fosforilo ATP-ADP
Cada fosforilacion o desfosforilación intercambian 7.3Kcal/mol.
ACTIVIDADES CELULARES EN QUE ACTIVIDADES CELULARES EN QUE PARTICIPA EL ATPPARTICIPA EL ATP
ATP
Síntesis Síntesis molecularmolecular
Flujo de información Flujo de información (núcleo(núcleo~citoplasma)~citoplasma)
Movimiento Movimiento de vesículasde vesículas
Bombeo Bombeo iónicoiónico
Producción de compuestos
Eliminación de Eliminación de compuestoscompuestos
Contracción muscular
MECANISMOS PARA EL INTERCAMBIO DE MECANISMOS PARA EL INTERCAMBIO DE ENERGÍA EN LOS SISTEMAS VIVOSENERGÍA EN LOS SISTEMAS VIVOS
2. Reacciones de óxido-reducción
implican cambios en el estado electrónico de los reactantes (ganancia o pérdida de electrones yo protones)
¿Que diferencia hay entre sistema abierto y cerrado?¿Qué diferencia hay entre energía libre y estándar ?¿Que relación hay entre cambio de energía libre y constante de equilibrio (Keq)?¿Qué es metabolismo, anabolismo y catabolismo?¿Qué son reacciones acopladas y en que condiciones ocurren?¿Qué diferencia hay entre reacciones endergónicas y exergónicas?¿Qué diferencia hay entre energía libreG) y energía libre estándar (Gº)?¿De dónde obtienen los organismos la energía ùtil para trabajo?¿Que significa catálisis y que moléculas partiicipan?¿Como define sustrato y enzima?¿Que diferencia hay entre enzima y ribozima y que función tienen?¿Que diferencia hay entre enzima y coenzima?¿Que es un grupo prostético y que función tiene?¿Que variedad de enzimas requieren de grupo prostético y en que tipo de reacionesParticipan?¿Que diferencia hay entre sitio activo y alostérico?¿Qué condiciones requieren los catalizadores orgánicos para actuar optimamente?¿Que diferencia hay entre inhibición reversible e irreversible y cuándo ocurre?¿Que diferencia hay entre inhibición competitiva y no competitiva?¿Qué es inhibición alostérica y cuál es su importancia?
¿En que consiste la afinidad enzimática? ¿Que es glicólisis, en que parte de la célula ocurre y que
importancia tiene? ¿Que organismos realizan glucólisis y porqué? Esquematice el proceso de la glicólisis? ¿Cuáles son los productos de la glucólisis? ¿Qué importancia tienen las NAD en la glicólisis? ¿Qué diferencia hay entre glucólisis y fermentación? ¿Qué diferencia hay entrre fermentación y respiración? ¿Qué gas es indispensable para la oxidación en la mitocondria? ¿Que gas se libera por oxidación del piruvato en la mitocondria? ¿Cuál la diferencia en la producción de ATP en la glicoliisis
anaeróbica comparada con la aeróbica?
¿Cómo eliminan los animales del ácido carbónico que se forma en el organismo?
Muuuchas Gracias...
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