principios de vioenergetica y ciclo del ATP

UNIVERSIDAD NACIONAL “SAN LUIS GONZAGA DE ICA”

PRINCIPIOS DE BIOENERGÉTICA

BIOENERGÉTICAEstudio cuantitativo de las transformaciones de energía que permite mantener los organismos vivos, o sea cambios energéticos en el ambiente celular.

Los principios de la bioenergética son:1. Las células asocian reacciones: las endergónicas se realizan con la

energía liberada por las reacciones exergónicas.2. Las células sintetizan moléculas portadoras de energía que capturan la

energía de las reacciones exergónicas y las llevan a las reacciones endergónicas.

3. Las células regulan las reacciones químicas por medio de catalizadores biológicos: enzimas

Energía libre de Gibbs (G):

Proceso endergónico : consume energía para que ocurra. Proceso exergónico : libera energía cuando ocurre.

Energía libre de Gibbs es energía capaz de hacer un trabajo. La medimos con un cambio de energía (ΔG).

ΔG = Energía final – energía inicial

ENTALPÍA (H):Tendencia a conseguir el estado de unión más estable.Mide el contenido de calor de un sistema. No es contenido de energía, sino de calor. Por eso entalpía es subdivisión de Energía libre de Gibbs.

ΔH positivos: reacciones endotérmicas. Hay que suministrar calor.ΔH negativo: reacciones exotérmica. Se libera calor.

En reacciones química exergónicas, esperamos que se libere energía, puede ser en forma de calor, pero no necesariamente, por lo que no podemos asegurar que también sea exotérmica.

ENTROPÍA (S):

FACULTAD DE ODONTOLOGIA 1


Tendencia a conseguir el mayor grado de desorganización.Cuando productos de la reacción son menos complejos y más desordenados decimos que ΔS es positivo, hay más desorden al final.

ΔG mide energía de toda la reacción, una parte podría ser calor, y otra desorden.

ΔG = ΔH – TΔS T: temperatura

Para que reacción sea exergónica (-ΔG), lo ideal es que libere mucha energía en forma de calor (-ΔH) y que genere mucho desorden (+ΔS), esta resta nos daría un ΔG muy negativo.

Los organismos heterótrofos obtenemos energía de lo que comemos. La degradación de los alimentos que ingerimos tiene ΔG negativo, para de esta manera liberar energía y poder realizar trabajos a partir de ella.

Energía libre estándar (G°)El mismo ΔG pero cuando cantidades de reactantes y productos es la misma (concentraciones equimolares), Ph es 7, y termperatura 25°C.

ΔGo

Negativo → La reacción se desplaza hacia los productosCero → La reacción esta en equilibrio

Positivo → La reacción se desplaza hacia los reactantes



Para que una reacción se realice lo importante es la energía de activación. Puede tener un ΔG grandísimo, pero si la energía de activación es muy grande, es más difícil que se dé porque hay que superar primero esta energía de activación, por lo que no importa si ΔG es más grande (productos con mucha menos energía), si la energía de activación es grande me impedirá llevar a cabo reacción. Reacciones se dice que son consecutiva, si una consume mucha energía (+ΔG), pero la otra libera mucha energía (-ΔG), entonces con la segunda reacción se paga la primera, la reacción tiene propiedades aditivas. Cuando logro acoplar reacciones entonces tal vez hasta me sobre energía, por lo que primera reacción se ve favorecida. Células lo que hacen es eso, degradan alimentos que liberan energía, y energía liberada la utilizan para sintetizar otras cosas. Por ejemplo:

La fuerza motriz de una reacción es el ΔG, que representa el efecto neto de estos dos factores, Δ G = ΔH – T ΔS.

Procesos catabólicos: Son todos lo que degradan, en el caso de los humanos, alimentos: carbohidratos, proteínas y lípidos. Estos tienen –ΔG, son procesos exergónicos.

Procesos anabólicos: toman moléculas pequeñas y sintetizan macromoléculas. Consumen energía. +ΔG.

ATP, adenosina trifosfato:Para acoplar procesos catabólicos y anabólicos tenemos ATP, que recoge energía liberada por degradación de diferentes cosas y la reparte a procesos que la necesiten.



Al unirse fosfatos al azúcar guardan energía, cuando se rompen estos enlaces, la energía se libera. Por esto de la misma manera sirven moléculas de GTP, UTP o CTP, porque también tienen esos enlaces de fosfato ricoenergéticos, pero naturaleza decidió (no se sabe por qué) que se usa más el ATP.ATP almacena energía por corto tiempo, apenas tiene energía la da por eso no almacenamos energía en forma de ATP, sino que la almacenamos como glucógeno y triglicéridos.ATP es muy inestable porque fosfatos son muy negativos, y no les gusta estar juntos, entonces apenas puedan se separan, por eso da energía muy rápidamente.En organismo casi siempre está unido a Mg.*Hay que saber:

Energía liberada por hidrólisis de ATP es de -30.5, esto en condiciones estándar (pH 7, 25°C, y concentraciones equimolares de reactivos y productos), por lo que en el cuerpo no siempre libera esa energía, sólo cumplimos condición de pH 7, pero anda alrededor de ese valor. Sabemos que reacción es exergónica pero no sabemos si es exotérmica o no.Por supuesto que energía de activación de ATP no es tan altísima, si queremos liberar energía necesitamos que este valor no sea muy alto, para poderlo hacer eficientemente.

*Energía de catabolismo + ADP + Pi = ATP

EL PROCESO EN QUE LOGRAMOS METER ENERGÍA EN FORMA DE ATP

Para sintetizar ATP hay 2 formas: Fosforilación a nivel de sustrato



Reacciones óxido-reducción

FOSFORILACIÓN A NIVEL DE SUSTRATO:Hay 3 moléculas importantes:

PEP (fosfo enol piruvato): 3 carbonos y 1 fosfato. Puedo quitar fosfato gracias a H2O, y me queda un piruvato en forma enol, se reacomoda y queda como piruvato en forma cetona.

Notemos que libera más energía que el ATP.

1,3 bifosfoglicerato o gliceraldehído 1,3 bifosfato: 3 carbonos, con 2 fósforos, uno pegado en el C1, y otro. Cortamos un P por hidrólisis, queda 3 fosfoglicerato, que reacomodamos.

Fosfocreatinina: Tenemos creatinina con un fosfato pegado en grupo amino, le quitamos un Pi, y se libera la energía.

*En las 3 reacciones, segunda parte de la reacción, el reacomodo, es el que libera más energía, por lo que favorece la primera, que no es tan espontánea.


*

*


Hay muchas reacciones donde hay fosfatos involucrados, y quitarle esos fosfatos libera energia. Entonces se han clasificado esos compuestos en 2 gupos:

Compuestos de alta energía: Liberan más de -25 Kj/mol.

Compuestos de baja energía: Liberan menos de -25 Kj/mol.

ΔG que se libera no depende del enlace de Pi roto, sino de la relación de los ΔG de los reactantes y los productos.

Fosforilación a nivel de sustrato consiste en buscar moléculas que tengan fosfatos producidas en el catabolismo, y que cuya hidrólisis libere más energía que el ATP, entonces esa energía la podemos utilizar para sintetizar ATP, el cual pasa energía a moléculas más pequeñas como la glucosa. Esa energía sobrante normalmente se pierde por calor.

REACCIONES DE ÓXIDO REDUCCIÓN (REDOX)

La segunda forma del organismo de sintetizar ATP. En este tipo de reacciones siempre hay alguien que pierde e- (se reduce), y otro que los gana (se oxida).

Recordar (insistió en esto).Vamos a ingerir alimentos, se toman e- de los alimentos, se pasan a unos intermediarios los cuales se los dan a O2, en este último paso donde se dan a O2 genera ATP en el camino.

Los intermediarios metabólicos son: NAD NADP FAD FMN

NAD: Un nucleótido. Lo más importante del NAD es su anillo, el cual es derivado de la niacina. N anillo de nicotinamida e donde NAD puede almacenar 2 electrones. Los hidrógenos de los cuales toma los e-, sólo tienen 1 electrón, entonces debe usar dos moléculas de H. Toma un H completo (con su e - y su p+ y del otro sólo toma se e- por lo que sobra un p+.

NADP: Funciona igual a NAD, sólo que tiene un fosfato pegado. Hay enzimas que prefieren el NADH, y otras el NADPH. Las NADH más relacionada a reacciones anabólicas, y las NADP a reacciones catabólicas.



Ambas moléculas, son muy solubles en agua, por lo que se pueden mover, porque difunden rápidamente.

FAD: Muy parecido, pero en lugar de anillo de nicotinamida tiene anillo de isoaloxazina, derivado de riboflavina. Acepta 2 hidrógenos completos.

FAD FADH2

FMN: sólo tiene el anillo, no tiene azúcar ni base nitrogenada. Los electrones se pegan a el anillo de isoaloxazina.

Igual que con NAD y NADP, hay enzimas que prefieren usar FADH2, y otras que prefieren FMNH2. Pero estas enzimas no son móviles, el sustrato debe de ir hasta ellas para que les donen los electrones.

EL CICLO DEL ATP

LAS MOLÉCULAS SE USAN Y SE RECICLAN


1. Energía almacenadaLos enlaces entre los fosfatos del ATP son especialmente útiles para almacenar energía.

2. Energía liberadaLa ruptura de los enlaces entre los

fosfatos del ATP, liberan energía, que se usa en potenciar

las actividades celulares.

ATP

AlimentosEnergéticos

(glucosa)


La vida depende de la energía. Pero, ¿de donde viene esa energía? La energía para los procesos vitales está contenida en los enlaces químicos de ciertos compuestos orgánicos. Cuando se rompen estos enlaces, la energía es liberada, y entonces es usada o transformada.

En todas las células existen compuestos que tienen la propiedad de almacenar grandes cantidades de energía química (en forma de enlaces químicos energéticos).

Sin dudas uno de los más importantes es el ATP, sus siglas corresponden al nombre en Inglés adenosine triphosphate (trifosfato de adenosina).

El ATP libera la energía al romperse el enlace de uno de sus grupos fosfatos durante las reacciones que ocurren en las células. Cuando el ATP pierde un grupo fosfato se convierte en ADP, difosfato de adenosina (adenosine diphosphate).



La energía es transformada, el ATP se usa en la producción de compuestos como las proteínas, fosfolípidos, etc. y en el transporte activo, el ADP que queda tiene menos energía, pero a través de los alimentos, los organismos obtienen nuevas moléculas (como la glucosa y otros azúcares) que al ser digeridos (pasando por varias reacciones) transfieren su energía para que el ADP consiga un nuevo grupo fosfato y así recuperar ATP.

La energía química liberada al romperse los enlaces de los grupos fosfato, se usa para tres tipos de trabajos celulares:

1. El ATP provee energía para las funciones mecánicas de las células. Por ejemplo energía para mover cilios o flagelos. Una célula muscular necesita energía para contraerse durante los movimientos.

2. El ATP provee energía para el transporte de iones y moléculas (transporte activo) a través de la membrana celular.

3. El ATP provee energía durante los procesos de síntesis (producción) y ruptura (degradación) de moléculas orgánicas.


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