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BIOENERGÉTICA
ELEMENTOS DE TERMODINÁMICA
CINÉTICA BIOQUÍMICA
Los capítulos precedentes describieron la lógica molecular creciente de la vida, desde moléculas inorgánicas simples, pasando por moléculas orgánica s sencillas, unidades sillares de construcción: monosacáridos, ácidos grasos, aminoácidos y nucleótidos, (monómeros).
Así, vimos la construcción de macromoléculas (biopolímeros) y luego el ensamble de estas macromoléculas entre sí, haciendo estructuras supramoleculares con funciones específicas en membranas, ribosomas, núcleos, etc.
Estas biomoléculas no se presentan en células y teji dos, como estructuras estáticas e inmutables.
Las biomoléculas son estructuras en permanente cambio.
En todo organismo viviente se producen miles de reacciones químicas, cuyo conjunto recibe el nombre de METABOLISMO .
Adem ás de las sustancias reactivas y productos, en toda reacción química debe considerarse el ingredie nte ENERGIA.
Toda sustancia para reaccionar debe, previamente, e star energizada, activada generalmente por uniones fosfa to de alta energía.
Las reacciones químicas se acompañan de cambios energéticos, necesarios de conocer para entender la lógica del metabolismo.
Energía
Es la propiedad de un sistema que expresa su capacida d de producir trabajo .
No se define en términos de tamaño, forma o masa. Sól o se revela cuando se ha producido un cambio.
Sus unidades m ás utilizadas son el Joule, la Caloría o el Ergio.
La forma de medir la energía, siempre pasa por la determ inación de las calorías.
1 Caloría es la cantidad de calor que se necesita br indar, para incrementar la temperatura en un grado (de 14,5 a 15,5º C) de un gramo de agua.
Energía PotencialCantidad de trabajo que se puede realizar al liberar l a energía almacenada en un determinado lugar, debido a su posi ción. Ej: agua en represa, una pila o batería, etc.
Energía de combustiónContenida en los enlaces de de carbono de los combus tibles y que resulta liberada en un proceso de oxidación.Un combustible es cualquier material capaz de liberar energía cuando se quema, lo que transforma su estructura química. Esa energía química se transforma en energía cinética.
Energía CinéticaEs la que poseen los cuerpos en movimiento (la luz c orresponde al movimiento de un fotón).
Esquema de la combustión de una molécula reducida. Diferencia entre la combustión directa, con liberación de la energía en forma de calor, y la combustión en la célula, donde se almacena parte de la energía contenida en la molécula en energía útil para la cé lula.
La energía que necesita un organismo proviene de los n utrientes y de la energía almacenada en dicho organismo.
La célula utiliza como combustible los glúcidos, lí pidos y proteínas para realizar trabajo celular :
Reacciones químicasMovimiento de moléculas a través de una membranaReacciones que generan orden, o sea alto contenido en informaciónCrecimiento y división celular
Ello nos lleva a definir que la Bioquímica es totalm ente dinámica, la célula utiliza la energía que obtiene de los nutrient es para su autoconstrucción (biosíntesis).
Para vivir, todos los seres vivos necesitan fundamenta lmente: energía y materia (carbono). Por eso se clasifican según la fuente de energía y el origen de la forma química del carbono .
Fototrofos : obtenien energía desde la luz Quimiotrofos : obtenien energía desde los alimentos
Litotrofos : usan como fuente de carbono el carbono inorgánico ( CO2)Organotrofos : emplean como fuente de carbono el carbono orgánic
Tipo
organismo
Proced.
carbono
Proced.
Energía
Dador de electrón y/o
hidrógeno
Ejemplos
FOTOTROFOS FOTOLITO
TROFOSCO2 LUZ Compuestos
inorgánicos
H2O, H2S, S
Cel.verdes de plantas super.
Algas azul-verd
FOTO
ORGANO
TROFOS
Compuestos
orgánicos
LUZ Compuestos Orgánicos
Bacterias purpureas no sulfuradas
QUIMIOTROFOS QUIMIOLITO
TROFOSCO2 Reacciones
REDOX
Compuestos
.inorgánicos
H2O, H2S, S,
Fe NH3
Bacterias desnitrificantes
QUIMIO
ORGANO
TROFOS
Compuestos
orgánicos
Reacciones REDOX
CompuestosOrgánicos(glucosa)
Todos los animales super. Mayoria de MO
Fuente de carbono y de energía de los organismos.
(a) Autótrofos: utilizan como fuente de carbono el C O2 y como fuente de energía del sol (Fotolitotrofos)
(b) Heterótrofos: utilizan como fuente de carbono los nutrientes reducidos, como los polisacáridos, de donde extraen la energía química en forma de
ATP (Quimiorganotrofos) .
Los organismos vivientes obtienen su energía de la radiación solar (Fototrofos), que es captada y almacenada como energía química.Esta energía es transferida a otros seres por la ca dena nutricia de la biósfera.
Los organismos aeróbicos generan energía por oxidación de sustancias (glúcidos, lípidos y proteí nas) incorporados con los alimentos. (Organismos Quimiotrofos), dando CO 2 y H2O.
La energía química de un compuesto depende del movimiento de sus átomos y partículas, por sus enla ces y atracciones electrónicas entre dichos elementos.
Sistema de utilización y conversión de la energía e n los organismos según la
utilización de su fuente de energía, sol o nutrient es.
LUZ SOLAR
Ciclo del carbono
Fotolitotrofos
Quimioorganotrofos
(animales)
El organismo biológico (célula) resulta así, una m áquina transformadora de energía .
Metabolismo: conjunto de reacciones químicas que se producen en las células y nos permiten obtener ener gía (Catabolismo = oxidación) y utilizarla para los pro cesos de biosíntesis (Anabolismo = reducción), necesarios para la autoconstrucción de su materia.
•Es la suma del anabolismo o procesos de síntesis qu e consumen energía y del catabolismo procesos de degradación que producen energía.
La energía obtenida se conserva, en forma de energía química, fácilmente aprovechable y en distintas moléculas, siendo la principal de ellas el ATP (adenosin-trifosfato) que adem ás es imprescindible para lograr su capacidad de reproducción
Visión general del catabolismo.
En la etapa I los polímeros se degradan en monómeros que son absorbidos por las células.
En la etapa II , comienza su degradación a compuestos intermediarios (Acetil CoA).
En la etapa III , en la mitocondria, se produce la oxidación completa de las moléculas (CO 2 y H2O) y la obtención de energía.
Al producirse una reacción química, se rompen o se forma n enlaces y el contenido energético puede disminuir o aumentar.
El curso de cualquier reacción química es determinado por el cambio del contenido de energía del sistema en consideració n.
Resulta sencillo determinar el cambio de energía entre el estado inicial y el final (cambio que se simboliza con ∆).
Definir SistemaCondiciones estandar: temperatura, presión, concentrac ión, pH
Cuando el proceso consume energía se llama Endergónico y cuando la libera: Exergónico.
Variación de la energía libre durante una reacción química. (a) Proceso exergónico, donde los reactivos presentan mayor con tenido energético que los productos. (b) Proceso endergónico, donde los p roductos contienen
mayor energía libre.
∆∆∆∆Go = - RTlnK eq
Energia libre estandar
La energia libre estandar está relacionada con la consta nte de equilibrio.
Equilibrio: ∆G=0
La velocidad de formación es igual a la de desapari ción
Predicción del sentido de una reacción química segú n la concentración real de los reactivos y productos. Se muestra el ejemplo de la reacción de conversión de glucosa-6-P (Glc-6-P) en fructosa-6-P (Frc-6-P).
La energia libre estandar es aditiva en las reacciones a copladas
glucosa + Pi glucosa-6-fosfat + H 2O ∆∆∆∆Gº = 13.8 kJ/mol
ATP + H2O ADP + Pi ∆∆∆∆Gº = -30.5 kJ/mol
ATP + glucosa ADP + glucosa-6-fosfato ∆∆∆∆Gº = -16.7 kJ/mol
Proceso de hidrólisis del ATP. La hidrólisis del en lace fosfoanhídrido libera la repulsión de las cargas negativas. La molécula de f ósforo inorgánico libre es estabilizada por la resonancia de los electrones. ( b) La reacción espontánea de la hidrólisis del ATP se acopla a la reacción ender gónica de formación de la
glucosa-6-P .
Compuestos fosforilados que al hidrolizarse liberan alt a energía
Fosfoenolpiruvato
1,3 bifosfoglicerato
Fosfocreatina
ATP
Glicerofosfato
Glucosa 6-P
Compuestos fosforilados que al hidrolizarse liberan alt a energía
